Voitures à hydrogène

05/02/2007 – 19h46 – © BusinessWeek

Il reste bien des problèmes à résoudre, parmi lesquels celui-ci : où diable les conducteurs vont-ils pouvoir faire le plein ?

Profitant du Salon de l’auto qui s’ouvrait, début janvier, à Los Angeles, BMW a fait un vrai cadeau à ses aficionados en dévoilant pour la première fois la H2R, la toute dernière voiture de course conçue par la firme de Stuttgart. Il n’aura fallu que dix mois pour la construire, mais la course qu’elle doit remporter devrait, elle, durer une dizaine d’années au moins. Une course dont l’enjeu ultime consistera à s’affranchir de la pollution qu’engendre la carburation de l’essence et du diesel.

Car l’H2R tourne à l’hydrogène, le gaz dont la fusion thermonucléaire alimente le soleil. Et l’ensemble des constructeurs se démène pour réunir les conditions qui permettraient de maîtriser ce carburant propre, dans la mesure où tous sont concernés, à la fois par l’approvisionnement en carburants fossiles et par les dommages causés par ces derniers à l’environnement. Deux soucis que partagent également Washington et les autres gouvernements de la planète.

Lorsqu’on évoque le concept du véhicule propulsé à l’hydrogène, la plupart des constructeurs ont en tête des piles à combustible embarquées, seul système capable de transformer l’hydrogène en électricité. Le problème, c’est qu’un système à base de pile à combustible, qui serait suffisamment puissant pour propulser une automobile, rajouterait plus ou moins 100 000 dollars à son prix de vente final. Et encore n’est-ce que le moindre des problèmes, car une vraie question subsiste encore : où les conducteurs vont-ils pouvoir faire le plein ? Du coup, il pourrait bien se passer une vingtaine d’années avant que les véhicules équipés de piles à combustible ne deviennent réellement populaires pour avoir un quelconque impact sur la pollution ou sur la consommation d’hydrocarbures.

BMW a donc choisi de prendre un raccourci qui répond à ces deux questions, partiellement tout au moins. Son modèle de course H2R est équipé d’un bon vieux moteur à combustion, relativement ordinaire à cela près qu’il brûle de l’hydrogène. Il s’agit grosso modo du même bloc-moteur qui équipe déjà la série 760i des berlines de luxe produites par le constructeur allemand. Nourri à l’hydrogène, ce moteur développe 286 chevaux et propulse la H2R de 0 à 100 km/h en moins de six secondes. Quant à ses performances, ce « petit » bolide a dépassé les 300 kilomètres à l’heure en septembre sur l’anneau de vitesse du circuit de Miramas, en France. « Le message que nous souhaitions délivrer tient en deux points : on peut se faire plaisir en conduisant, tout en restant sensible aux questions environnementales », résume Tom Purves, PDG de BMW North America LLC.

Concernant la question de la rareté des stations-service équipées pour délivrer de l’hydrogène, elle est en passe d’être résolue. Le même bloc-moteur BMW peut indifféremment tourner à l’hydrogène ou à l’essence. Du coup, il suffit d’ajouter un second circuit d’alimentation en carburant et le tour est joué : une solution simple pour un véhicule bi-énergie. Pour les trajets quotidiens en ville, l’hydrogène s’impose, dans la mesure où la priorité reste de minimiser la pollution urbaine, analyse Anton Reisinger, à la tête du programme Hydrogène chez BMW. « Mais une fois sur l’autoroute, il vous suffirait de presser un bouton pour passer sur le réservoir d’essence. » Et dans l’hypothèse, ajoute-t-il, où votre trajet excéderait 345 kilomètres – soit le rayon d’action autorisé par le réservoir d’hydrogène -, la voiture passerait automatiquement sur la réserve d’essence, allouant dès lors une autonomie globale supérieure à 800 kilomètres.

La contrepartie, lorsqu’on brûle de l’hydrogène dans une chambre à combustion, c’est que la réaction engendre des substances polluantes – une petite quantité d’oxyde d’azote (NOx), en fait. Les piles à combustible, quant à elles, n’engendrent rien de plus nocif que de l’eau pure. Mais BMW soutient que les niveaux de NOx mesurés à la sortie du pot d’échappement resteront inférieurs à toutes les normes, y compris à celle, pourtant fort stricte, adoptée par la Californie sous l’appellation de Super Ultra Low Emission Vehicle Standard.

Autre préoccupation : les véhicules hybrides produits par BMW utiliseront de l’hydrogène liquide, qui nécessite d’être stocké à très basse température, au-dessous de – 253 C°. Le système cryogénique embarqué à bord du véhicule gère cet aspect du stockage en toute autonomie en temps normal. Pourtant, objecte Reisinger, imaginons que la voiture reste au garage trois ou quatre jours de suite, sans qu’on la démarre. L’hydrogène liquide va finir par atteindre son point d’ébullition, et l’hydrogène gazeux qui s’en dégage sera alors évacué par une soupape. Cette question, en tout état de cause, semble plus inquiétante qu’elle ne l’est vraiment. Car en dépit d’un mythe persistant, l’hydrogène est moins dangereux que l’essence. Il s’évapore très rapidement, de sorte que même en cas de fuite du réservoir l’explosion demeure quasi impossible.

Mais alors, quand ces nouvelles Série 7 hybrides au tempérament fougueux débarqueront-elles chez les concessionnaires ? S’il n’existe aucune certitude quant à la date exacte, Helmut Panke – le PDG de BMW – assure qu’il compte en mettre un petit nombre d’exemplaires en circulation, probablement sur l’asphalte européen, dans les trois années à venir. Le lancement américain, lui, devra probablement attendre 2010.

D’ici là, de nombreux points de ravitaillement en hydrogène pourraient bien desservir les plus grandes villes. Le gouvernement allemand finance actuellement le développement de stations-service équipées de leur propre générateur à hydrogène. Ainsi, la carence en pipelines à hydrogène et en camions de livraison spécialisés ne s’opposera pas à une transition rapide de l’essence et du diesel vers l’hydrogène, sachant que le Graal, en matière de carburant propre, demeure la pile à combustible.

L’hydrogène provient essentiellement d’une ressource qui nous est très familière, l’eau. Voici comment se déroule le cycle : les molécules d’eau sont décomposées en leurs constituants propres – hydrogène et oxygène – soit par électrolyse, soit en leur faisant subir un choc thermique. Puis, une fois que l’hydrogène a traversé les membranes de la pile à combustible, il se recombine avec l’oxygène de l’air pour à nouveau former de l’eau. Des stations de ravitaillement équipées d’électrolyseurs ont vu le jour à Berlin, Hambourg et Munich. D’autres ont été implantées, dans le cadre du Programme européen pour des transports urbains propres, à Amsterdam, Barcelone, Reykjavik et Stockholm.

Les pompes à hydrogène se multiplient même sur le territoire des Etats-Unis. En avril dernier, le Département de l’Energie annonçait qu’il y consacrerait 190 millions de dollars sur cinq ans, à condition que l’industrie s’engage de son côté à consacrer une somme équivalente au développement de stations-service hybrides. Les résultats n’ont pas tardé à suivre : au mois de novembre dernier, Shell associée pour l’occasion à General Motors, inaugurait une toute nouvelle station-service à hydrogène à Washington. Et ce n’est que le premier maillon d’une longue chaîne qui reliera New York à Washington, estime Spencer Abraham, le secrétaire à l’Energie. En Californie, le Département de l’Energie vient de confier à un consortium mené par AirProducts & Chemicals la construction de deux douzaines de ces stations. Cette société a bâti 30 stations-service à hydrogène de par le monde, sachant par ailleurs qu’elle est déjà le premier producteur mondial de ce gaz (l’industrie des fertilisants et l’industrie chimique en général consomment chaque année des millions de tonnes d’hydrogène).

Désireux de ne pas se faire doubler par surprise, Arnold Schwarzenegger – le gouverneur de la Californie – plaidait au printemps dernier pour l’avènement, d’ici à 2010, d’un « réseau autoroutier de l’hydrogène ». Il envisageait alors un minimum de 150 points de vente, répartis à intervalles réguliers le long des principales autoroutes. La California Fuel Cell Partnership – une entité qui rassemble essentiellement les instances fédérales de l’Equipement et les constructeurs automobiles – a déjà financé la construction de 13 stations à hydrogène, sachant que de nombreuses autres sont encore sur la planche à dessin.

La biomasse : un ticket d’entrée ?

Certaines des stations qui verront bientôt le jour seront également équipées de systèmes d’électrolyse de l’eau. Cela étant, même si cette technologie semble attrayante pour l’Europe, où le prix du carburant est deux fois supérieur, elle n’a guère de sens aux Etats-Unis. L’électrolyse, en tant que procédé de fabrication de l’hydrogène, est en effet grande consommatrice d’électricité. Actuellement, il en coûte au minimum 2,50 dollars pour produire un kilo d’hydrogène, capable de délivrer approximativement la même quantité d’énergie qu’un gallon – soit 3,8 litres – d’essence.

Heureusement, la prochaine génération d’éoliennes et de capteurs solaires permettra sans doute de faire baisser le coût de l’électricité, rendant ainsi le procédé électrolytique plus adaptable à certaines régions des Etats-Unis (voir notre carte p. XV). L’Allemagne expérimente d’ores et déjà l’électrolyse assistée par énergie éolienne dans certaines de ses stations-service. L’objectif à atteindre, en matière de coût de production d’hydrogène à partir d’eau, se situe autour de 2 dollars par kilo d’ici à 2010.

Dans les plaines situées au coeur même des Etats-Unis, c’est la biomasse que l’on donne comme ticket gagnant à terme. L’idée consiste à exploiter le résidu des moissons, ainsi que les pertes des exploitations de bois de coupe. Pour l’heure, l’extraction de l’hydrogène produit par la biomasse met le kilo de gaz aux alentours de 3 dollars. Mais les chercheurs estiment que ce coût devrait descendre d’ici à 2010, pour atteindre 2,60 dollars environ. Et à l’horizon de quelques années supplémentaires, l’hydrogène ainsi produit pourrait finir par faire concurrence aux hydrocarbures.

Si l’on fait le compte de l’ensemble de tous ces potentiels énergétiques, les Etats-Unis possèdent, sur leur propre territoire, plus que largement de quoi substituer l’hydrogène aux carburants fossiles – et ce en faisant appel à des énergies renouvelables, exclusivement. Du coup, il ne serait plus nécessaire de compter, pour extraire l’hydrogène, sur les réserves – par nature limitées – de gaz naturel, comme c’est le cas pour 90 % de l’hydrogène produit aujourd’hui.

Et lorsque l’hydrogène abondera enfin, prévoit Raymond Freymann, directeur exécutif de la recherche et de la technologie chez BMW, « il sera alors temps pour nous d’envisager un bloc-moteur monocarburant qui ne privilégie pas seulement l’autonomie du véhicule, mais améliore également ses performances ». Dans cette optique, les 300 et quelques kilomètres par heure et le 0 à 100 abattu en six secondes seulement par la H2R pourraient n’être qu’un avant-goût de ce qui nous attend réellement. Un avant-goût appétissant, assurément .

Comment réduire le coût de revient de l’hydrogène ?

D’ici à 2010, le prix du kilogramme d’hydrogène pourrait baisser, jusqu’à atteindre 1,50 dollar – fournissant une énergie équivalant à celle d’un gallon d’essence (3,8 litres environ).

L’électrolyse
Utilise l’électricité pour décomposer l’eau en hydrogène et en oxygène
Estimation du coût pour des volumes importants 2 $/kg
Estimation du coût pour des volumes réduits (stations-service) 2,50 $/kg

La biomasse
Exploite les résidus agricoles et forestiers pour produire de l’hydrogène
Estimation du coût basé sur l’utilisation de la chaleur dans des fermes énergétiques et des centres régionaux de 2,60 à 2,90 $/kg

Carburant liquéfié
Extrait l’hydrogène des carburants fossiles, y compris du charbon liquéfié
Estimation du coût pour les stations-service et les véhicules 1,50 $/kg

Source : http://www.lepoint.fr/businessweek/businessweek/110145/article.html

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