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Fiche 9.1 Révision de: mars 2020

Source: Afhypac - Th. Alleau

Mémento de l’Hydrogène FICHE 9.1

APPLICATIONS DE LA PILE À COMBUSTIBLE DANS LE TRANSPORT TERRESTRE

Sommaire 1. Les tendances d'évolution du transport automobile électrique 2. Les véhicules électriques 3. L'architecture d'un véhicule à pile à combustible 4. Données techniques 5. Véhicules électriques à prolongateur d’autonomie (Range Extender) à pile à combustible 6. Véhicules spéciaux 7. Systèmes auxiliaires embarqués de production d'électricité (APU) 8. L'alimentation en hydrogène 9. Conclusions

1. Les tendances d’évolution du transport automobile électrique

Il existe trois grandes familles de véhicules électriques selon le type de transport : - le transport en commun (les bus) - le transport utilitaire (les camions, les chariots élévateurs …) - transport individuel (le véhicule léger, les deux-roues …) Chacune présente des spécificités en termes de puissance de la chaîne de traction, de puissance des auxiliaires, d’autonomie du véhicule, de cycle d’utilisation, de durée de vie, et de coût à l’achat et à l’entretien.

Le développement de nouvelles sources d’énergie embarquées dans les véhicules pousse aujourd’hui l’ensemble des constructeurs mondiaux à s’investir dans la recherche sur les piles à combustible, le plus généralement alimentées en hydrogène. Ces systèmes devraient permettre de répondre, à long terme, à la fois aux besoins énergétiques de la traction et des auxiliaires et aux contraintes écologiques de diminution des émissions de gaz à effet de serre et de micro-particules.

Les futures technologies du transport devront satisfaire plusieurs contraintes qui n’iront qu’en s’amplifiant :

- préservation de l’environnement par l’application de nouvelles normes européennes concernant les polluants locaux (SO2, NOx, CO, composés volatils, micro et nano particules…)

- amélioration de l’efficacité énergétique des motorisations du réservoir aux roues (tank-to- wheels)

- diversification des approvisionnements énergétiques en fonction des caractéristiques d’utilisation des véhicules et de la disponibilité locale d'énergie, en particulier renouvelable.

2. Les véhicules électriques

Les chaînes de traction électrique possèdent le rendement énergétique le plus élevé des systèmes de traction, un couple élevé dans l’ensemble de la plage d’utilisation et aucune pollution induite. C'est sur ce constat que, dès 1899, la « Jamais Contente », (figure 1) équipée d’accumulateurs au plomb Fulmen et pilotée par Camille Jenatzy, avait atteint la vitesse record, pour l’époque, de 105,8 km/h.

Mais le développement de ce type de véhicule fut freiné par la grande difficulté de stocker l’électricité et donc de satisfaire le cahier des charges de véhicules commercialisables, en termes d’autonomie, de masse, de volume, de coût et de fiabilité. Il sera même abandonné dès 1909 au profit du moteur à essence.

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Figure 1 - La « Jamais Contente » (1899)

A la fin des années 1960, les scientifiques proposent alors de contourner ce problème de stockage d’électricité dans les batteries par l’utilisation de piles à combustible, alors en cours de développement pour des applications spatiales : ces piles utilisent l’hydrogène comme carburant et l’oxygène de l’air comme comburant : elles génèrent de l’électricité et ne rejettent que de l’eau et de la chaleur. Elles possèdent un rendement, ramené à l'énergie stockée, de l'ordre de 55%, et couplées à un moteur électrique permettent un rendement global sensiblement supérieur à celui des meilleurs motorisations thermiques, comme les diésels turbocompressés.

Ainsi, dès 1967, la société Union Carbide, qui développait des piles à combustible alcalines, équipe un véhicule de General Motors (Electrovan) avec une pile de 5 kW, et en 1970, K. Kordesh équipe une Austin A-40 (figure 2) avec le même type de pile (6 kW) alimentée en hydrogène comprimé via un réservoir placé sur le toit et contenant 2 kg d’hydrogène; ce véhicule a parcouru près de 16 000 km pendant les 3 années qu’a duré cette expérimentation.

Figure 2 – Le prototype Austin A-40 (1967)

Mais la technologie "alcaline" n’était pas très adaptée au transport, car trop sensible au dioxyde de carbone contenu dans l’air. C’est en 1991 que l’American Academy of Science (R.E. Billings) relance cette filière en mettant en œuvre la technologie "acide", avec l’utilisation d’une pile de type PEM, dont il équipe le prototype LaserCel1 sur une base Ford Fiesta (figure 3). La pile de 14 kWe qui l’équipait,

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conçue autour d’une membrane électrolyte Asahi Chemical, était hybridée avec une batterie au plomb et était alimentée en hydrogène stocké dans un hydrure métallique. Ce prototype a été suivi de nombreux autres : Green Car (Energy Partners en 1993), Necar 1 (DaimlerChrysler en 1994), RAV 4 (Toyota en 1996), Chevy Van (GM en 1998), Fever (Renault en 1998), …

Figure 3 - Prototype Ford LaserCel1 de l’American Academy of Science (1991)

Le développement des véhicules à pile à combustible, bien qu’encouragé par l’excellent rendement de ce convertisseur et par l’absence de pollution générée, a longtemps été freiné, entre autres facteurs, par le fait que l’hydrogène se stockait difficilement à bord d'un véhicule et qu’il existait peu de capacités industrielles de production et de distribution de ce nouveau carburant. Afin de contourner cette difficulté, des développements ont été menés, à l'origine, pour le produire directement à bord, via un reformeur alimenté par un hydrocarbure ou un alcool (en particulier par Renault) ; mais le véhicule embarque alors un sous-système supplémentaire, lourd, complexe et coûteux qui, de plus, produit du CO2. Cette solution a finalement été abandonnée dans les années 80.

Après les premières réalisations des pionniers, tous les grands constructeurs automobiles mondiaux, à partir de la fin des années 90, ont construit de multiples prototypes mettant en œuvre tous les choix technologiques possibles, en particulier des moteurs thermiques alimentés en hydrogène. Cela a permis, par éliminations successives, de ne retenir aujourd'hui qu'une seule solution : la pile à combustible. Ce choix étant fait, il restait un travail important pour développer cette technologie à un prix compétitif; néanmoins le stade atteint aujourd'hui a déjà permis à trois constructeurs de démarrer la commercialisation de ce type de véhicules:

- la coréen Hyundai avec sa Tucson ix35, proposée en location depuis le début 2013, suivie par la NEXO depuis fin 2018.

- le japonais Toyota avec sa Mirai depuis fin 2015 (achat ou location)

- le japonais Honda avec FCX en location depuis 2006, puis sa Clarity, depuis mars 2016 (achat ou location)

Compte tenu des efforts financiers à consentir pour atteindre les objectifs attendus, les constructeurs s'associent progressivement, ainsi:

- les chinois de SAIC et Volkswagen depuis 2006,

- Daimler, Ford et Nissan en janvier 2013,

- Toyota et BMW en janvier 2013,

- Volkswagen et Suzuki en mars 2013,

- Honda et General Motors en juin 2013,

- et pour ce qui concerne le développement des structures de recharge en hydrogène de leurs véhicules, l'entente, en avril 2014, dans le cadre du projet HyFIVE (Hydrogen For Innovative VEhicles) entre les constructeurs Honda, Toyota, Hyundai, Daimler et BMW.

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3. L’architecture d’un véhicule à pile à combustible

Un véhicule à pile à combustible est essentiellement conçu autour des composants suivants (figure 4) :

- Un stockage d’hydrogène sous pression, le plus généralement 700 bars pour les véhicules légers les plus récents et 350 bars pour les bus.

- Une pile à combustible de type PEM,

- Un système de stockage d’électricité fonctionnant en parallèle avec la pile (batterie ou super capacités),

- Un moteur électrique entrainant les roues,

- Un compresseur d’air (les piles fonctionnent avec de l’air à une pression comprise entre 1,2 et 3 bars absolus),

- Des échangeurs de chaleurs et un radiateur pour évacuer la chaleur produite par la pile,

- Divers composants spécifiques : pompes, capteurs, séparateurs, convertisseur de courant, contrôle-commande …

Figure 4 - Schéma général d’un véhicule à pile à combustible - Source Renault – PSA

La qualité, la fiabilité, les coûts de ces composants sont évidemment des facteurs clés d’une introduction plus ou moins rapide de ce type de véhicule. Leur arrangement dans un véhicule léger est montré sur la figure ci-dessous (figure 5) pour la Honda FCX ; il est très semblable à celui des autres véhicules. Ils sont intégrés au châssis pour augmenter la compacité et abaisser le centre de gravité. On voit, de la droite vers la gauche : les réservoirs d’hydrogène (en rouge), les batteries, la pile à combustible au centre, le moteur électrique et divers composants, à l’avant du véhicule, et enfin le radiateur.

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Figure 5 – L’arrangement des composants sur le véhicule Honda FCX

Dans le cas d'un bus, la contrainte d'un plancher bas et la moindre importance de la position du centre de gravité, a conduit les concepteurs à mettre la plus grande partie des composants sur le toit (Fig. 6).

Figure 6 - Vue schématique d'un bus Daimler Citaro

4. Données techniques

La pile à combustible prend en charge tout ou partie des besoins de traction du véhicule et délivre une puissance maximum qui peut varier de 5 à 100 kW pour les véhicules légers (figure 7), de 150 à 250 kW pour certains bus et près de 800 kW pour certains poids lourds.

L'hybridation s'est maintenant généralisée (en montage dit "parallèle") et a recours à une batterie de puissance (généralement Li-ion) ou à une super-capacité (Mazda, Suzuki, Michelin), d’une part pour récupérer de l’énergie perdue au freinage et à la décélération et d’autre part pour satisfaire les demandes transitoires de puissance.

La consommation d'hydrogène descend jusqu'à 0,8 kg/100 km pour les véhicules légers les plus performants et environ 10 kg/100 km pour les bus. Les quantités d'hydrogène embarquées donnent

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une autonomie de 500 à 700 km pour les véhicules légers, de l'ordre de 300 km pour les bus et jusqu’à 2 000 km pour certains poids lourds.

Figure 7 - Toyota Mirai (2015)

Nota : une vidéo (2016) sur les véhicules légers à pile à combustible peut être visionnée sur You Tube à l’adresse suivante : https://youtu.be/hQzEolhducE

5. Véhicules électriques à prolongateur d’autonomie (Range Extender) à pile à combustible

Dans ce type de véhicule le moteur électrique est alimenté par une batterie qui est rechargée à l'arrêt ou, quand le véhicule roule, par une pile à combustible embarquée de moyenne puissance décrite précédemment (5 - 20 kW). Ce montage est parfois appelé « montage série » par opposition au système précédent, dit « montage parallèle », dans lequel l’énergie électrique alimentant le moteur est fournie par la pile à combustible assistée ou non d’une batterie branchée en parallèle. Ce dispositif prolongateur d’autonomie apporte aux véhicules électriques classiques effectuant des trajets urbains ou périurbains, un accroissement d’autonomie allant de 80 km à 250 – 350 km. Un changement notable auquel s’ajoute un facteur de sécurité important pour l'acceptabilité sociale: celui de ne pas tomber en panne de batterie!

Le modèle le plus représentatif de cette filière (cf. figure 8), après son frère ainé qu'a été le prototype Taxi PSA, est le véhicule électrique Renault Kangoo ZE auquel la société française Symbio1 a ajouté un kit de recharge constitué d'une pile PEM de 5 kW. Ce véhicule, baptisé Kangoo ZE RE H2, embarque de l’hydrogène sous 350 ou 700 bars et atteint une autonomie de 400 km. Son coût actuel élevé (voisin de 27 000 € H.T. hors location de la batterie) en raison d'une fabrication à l'unité devrait baisser d'un facteur 2 lorsqu’il sera produit en série de quelques milliers d'exemplaires. Il a été retenu dans plusieurs projets, dont ::

- le projet MOBILHyTEst 1, lancé en 2014. Dans ce cadre, La Poste en exploite 3 exemplaires à Dole (Jura) et à Luxeuil-les-Bains (Haute-Saône),

- le projet FEDER HyWay qui exploite 50 exemplaires en Rhône-Alpes (Lyon - Grenoble), depuis la fin 2014.

- le projet St Lô/ Cherbourg du département de la Manche, avec 50 exemplaires en 2016

- Arcola Energy (UK) qui en a vendu et loué 32 exemplaires

- le projet ENGIE Cofely (actionnaire de Symbio) qui a accueilli 50 exemplaires en octobre 2017.

Plus de 400 exemplaires circulent sur les routes (2019)

1Détenue, depuis novembre 2019, à parts égales par Faurecia et Michelin : https://www.symbio.one/

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Des dizaines d’autres villes européennes planifient le déploiement de stations hydrogène et de Kangoo ZE-H2, notamment en France, mais aussi aux Pays-Bas, en Ecosse, Allemagne et autres pays candidats pour cette solution idéale pour la livraison urbaine zéro émission.

Figure 8 - La Kangoo ZE H2 de Symbio

Dans le même esprit, d’autres projets ont vu le jour :

- la société danoise PowerCell a démarré, en octobre 2014, le développement d'un prolongateur d'autonomie pour véhicule électrique, dans le cadre d'un projet européen ERA-NET.

- la société anglaise Ceres Power a annoncé, en juin 2016, le développement d’un prolongateur en technologie, non plus PEM, mais SOFC, en collaboration avec Nissan et M-Soly. La technologie SOFC présente l’avantage d’accepter une grande variété de combustibles et de ne pas nécessiter de catalyseur précieux.

- en juin 2016, Nissan Motor Co. avait annoncé le développement d'un véhicule électrique équipé d'un prolongateur d'autonomie à pile à combustible de type SOFC (5kWe) alimentée par un reformeur de bio-éthanol (e-Bio Fuel Cell). Le bio-éthanol étant principalement disponible dans les Amériques et en Asie, c'est au Brésil qu'a été présenté et testé le prototype. L'autonomie annoncée était de 600 km avec un réservoir de 30l de méthanol. La batterie était de type 24 kWh.

- en octobre 2016, Solaris Bus & Coach et l’opérateur Rigas Satiksme (Riga en Lituanie) ont signé un accord pour la fourniture de 22 exemplaires d’un trolleybus équipé d’un range extender à pile à combustible, ce qui lui permettra de rouler sur des portions du réseau non équipées de caténaires.

- en février 2017, Plug Power Inc. a livré le premier exemplaire de son système ProGen à pile à combustible (développé dans le cadre d’un programme DoE en partenariat avec FedEx) destiné à des véhicules de livraison. Début 2014, 20 camions électriques de livraison FedEx avaient été équipés d’un prolongateur d’autonomie à pile à combustible Plug Power qui a doublé leur autonomie.

- en septembre 2019, le fabricant de piles SOFC Ceres Power et l’équipementier chinois Weichai Power ont annoncé avoir achevé un premier prototype de prolongateur d’autonomie de 30 kW destiné à des bus électriques chinois. Un JDA (Joint Development Agreement) a été conclu. Une intégration à un bus est programmé pour 2020.

- en septembre 2019, Mercedes-Benz, qui avait commercialisé son premier bus électrique baptisé eCitaro Bus, en 2018, l’a présenté équipé d’un prolongateur d’autonomie à pile à combustible. Il sera testé, en deux exemplaires, par la compagnie de transport Hamburger Hochbahn AG en 2021. Le

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eCitaro est équipé d’une batterie de capacité max. de 292 kWh qui lui donne une autonomie de 170 km ; l’ajout du prolongateur portera son autonomie à 400 km.

6. Véhicules spéciaux 6.1 - Les chariots élévateurs Ils sont très répandus dans le monde entier et étaient, jusqu’à récemment, à moteur électrique alimenté par une batterie au plomb ou à moteur thermique alimenté au gaz naturel. Ces deux systèmes présentent des inconvénients majeurs: - temps de rechargement trop long pour les premiers, ce qui oblige à intervertir les batteries quand

elles sont déchargées et donc à disposer d’un stock de batteries important, auquel s'ajoute un risque pendant la charge (dégagement possible d’hydrogène en cas de dépassement de charge).

- pollution et bruit pour les seconds, car le plus souvent utilisés dans des centres logistiques, donc dans des volumes fermés.

Remplacer ces systèmes par des piles à combustible supprime ces inconvénients et a séduit de nombreux constructeurs et utilisateurs dès 2010: Toyota (figure 9), Linde, Proton, Yale, Crown, General Motors, Hydrogenics, Ballard, Nissan, Air Liquide ....

- En 2012, Air Liquide (via sa filiale Axane), avait fondé la société HyPulsion avec l'américain

Plug Power, pour développer les générateurs à pile à combustible pour cette application; en août

2015, HyPulsion est devenue l'entière propriété de Plug Power, mais Air Liquide poursuit sa

collaboration technique.

- En novembre 2018, un rapport DoE a affirmé que plus de 20 000 chariots étaient équipés de

la sorte dans le monde en comparaison avec le chiffre de 10 000 fin 2015, à la complète satisfaction

de leurs utilisateurs, essentiellement américains.

- En janvier 2019, Linde présente son nouveau modèle de chariot à pile à combustible (Fig. 9).

Figure 9 – Modèle de chariot élévateur de Linde (2019) En France, on trouve : - 20 exemplaires chez IKEA à Saint Quentin Fallavier, près de Lyon, en 2014 - l’équipement du Prélocentre à Saint-Cyr-en-Val près d’Orléans, dans le cadre du projet FCH-JU HyLift, depuis 2015 (une trentaine d’unités), - le projet FCH-JU HAWL qui a complété en 2016, avec 36 exemplaires, une flotte de 10 autres à Neuville-au-Bois (près d’Amiens), - l’équipement de Carrefour, situé à Vendin-lès-Béthune avec 150 exemplaires, en 2017, dans le cadre du même projet précédent. - l’équipement de Carrefour, situé à Vendin-le-Vieil, avec 137 exemplaires, en novembre 2018. 6.2 - Les voitures de course

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Il existe depuis quelque temps des courses de voitures électriques (à batteries Li-ion). Il est donc naturel que certains aient pensé à remplacer (ou compléter) cette source électrique par une pile à combustible.

- C'est ainsi qu'en juin 2015 a été présentée, sur le circuit Paul Ricard, la GreenGT H2 (figure 10),

pilotée par Olivier Panis. Cette voiture, initialement équipée en 2009 de batteries Li-ion, a été équipée

d'une pile à combustible d'une puissance de 400 kW, alimentant deux moteurs électriques (type

synchrone à aimant permanent) de 200 kW unitaires, la pile étant fournie par la PME française

Symbio. Deux réservoirs d'hydrogène comprimé à 350 bars assurent une autonomie de 40 mn. Elle a

tourné en juin 2016 sur le circuit du Mans.

Figure 10 - La GreenGT H2 (en orange, le réservoir d'hydrogène)

- En juin 2019, est présentée au Mans la LMPH2G (Mission H24) (Fig. 11) qui pourrait courir en

2024.

- En septembre 2019, la Forze VIII à hydrogène (Fig. 11), construite par la Delft University of

Technology bat une voiture de course à moteur thermique dans la Supercar Challenge au TT Circuit

à Assen, aux Pays-Bas.

Figure 11 – La LMPH2G au Mans (2019)

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Figure 12 – la Forze VIII à hydrogène (2019)

6.3 - Les quadricycles

Depuis juillet 2015, La Poste expérimente en Franche-Comté (Audincourt et Lons-le-Saulnier) 10 quadricycles à pile à combustible dans le cadre du projet européen FCH-JU MobyPost lancé en 2011 pour une durée de 4 ans. Ce projet à 9 partenaires en inclut 4 français: la PME MaHyTec, le laboratoire UTBM, La Poste et l'Institut Vernier. Ces véhicules (figure 13) sont équipés d'une pile à combustible alimentée à partir d'un réservoir d'hydrogène basse pression (3 bars) qui leur confère une autonomie de 40-50 km.

Figure 13 - Le quadricycle expérimenté dans le cadre de MobyPost (2015)

6.4 – Autres types de véhicules

Plusieurs projets ont vu le jour mettant en œuvre la pile à combustible :

- Le projet français HYTRAC, lancé en juin 2014, subventionné par la BPi (Banque Publique d’investissement), et qui vise à équiper des gros engins de chantiers (bulldozers, camions …),

- Le projet Hy.muve qui a permis l’équipement d’un nettoyeur de rue ; il a été testé en août 2016 dans la ville allemande de Dübendorf. Il a été développé par le Paul Scherrer Institute en collaboration avec l’industriel Bucher (cf. Fig. 14).

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Figure 14 – Le nettoyeur de rue testé à Dübendorf (2016)

- Le projet de prolongateur d’autonomie HyRange (2014) mené par la société Proton Motor.et

testé par Hermès (cf. Fig. 15) et financé dans la cadre du programme allemand NIP.

Figure 15 – Le prototype de camion Hermès (2014)

- Le projet américain du FCTO (Energy Department’s Fuel Cell Technologies Office) qui a permis, en juin 2015, de réaliser et tester une flotte de 15 tracteurs équipés de piles à combustible Plug Power pour l’aéroport international de Memphis (cf. Fig. 16).

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Figure 16 – Les tracteurs de l’aéroport de Memphis (2015)

- En décembre 2016, Symbio a présenté au CES 2017 (Las Vegas), à titre de démonstration, un skateboard à pile à combustible (Fig. 17).

Figure 17 – le prototype de skateboard Symbio (2016)

En mars 2020 BRP-Rotax (filiale de Bombardier) a dévoilé Lynx HySnow, sa première motoneige zéro émission (Fig. 18), dotée d’un groupe motopropulseur électrique à hydrogène. D’après son concepteur ses performances sont supérieures à celles des modèles conventionnels.

Figure 18 – la motoneige Lynx HySnow (2020)

7. Systèmes auxiliaires embarqués de production d’électricité (APU)2

La demande en électricité dans les véhicules est en augmentation constante et peut atteindre plusieurs kWe du fait de la généralisation de divers composants alimentés en énergie électrique (climatisation, réfrigération, chaine Hi-fi, GPS, ordinateur de bord, …). L’installation d’un générateur électrique (à pile à combustible) indépendant du système de traction permet de produire de l’électricité avec un meilleur rendement que celui du moteur à combustion couplé à un alternateur chargeant une batterie. Cela assure une fourniture d’énergie électrique prolongée lorsque le véhicule est à l’arrêt (un avantage pour la climatisation, par exemple). Il répond bien aux nouveaux besoins des utilisateurs. La puissance installée se situe dans la gamme 5-15 kW selon la nature du véhicule. Un tel générateur a vu le jour, à titre de démonstration, sur des véhicules haut de gamme, comme BMW qui l’avait testé

2 APU: Auxiliary Power Unit

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en 1999 sur quelques véhicules à hydrogène de la série 7 ou encore sur des véhicules utilitaires (production de froid pour les transports frigorifiques) ou militaire.

La société américaine Delphi a démontré, en 2013, la faisabilité d'un tel auxiliaire d'une puissance unitaire de 2,2 kW autour d'une pile de type SOFC, à bord d'une flotte expérimentale de 6 camions (cf. Fig. 19).

En 2015, l'allemand BAG (German federal office for Goods transport) a fait savoir qu'il avait équipé une première série d'utilitaires de type Volkswagen d'APU d’une pile à combustible fournies par SFC (piles à méthanol) pour alimenter divers appareils embarqués indépendamment du moteur thermique du véhicule, en particulier lorsque ce dernier est à l'arrêt. Ces véhicules, destinés à des contrôles sur autoroute, sont mis en œuvre plus de 8 heures par jour. Une deuxième série de plus de 300 véhicules de ce type a été ensuite équipée en fin 2015.

Figure 19 - L'APU Delphi (2013)

8. L’alimentation en hydrogène

La consommation en hydrogène d’un véhicule léger varie de 0,8 à 1,2 kg/100 km. Il est donc nécessaire d’embarquer entre 2 et 6 kg d’hydrogène selon le type de véhicule léger et l’utilisation envisagée. Pour un bus, cette masse passe à une trentaine de kg et jusqu’à 10 fois plus pour des poids lourds.

Plusieurs modes de stockage de l'hydrogène à bord ont été testés dans le passé:

- hydrogène cryogénique sous forme liquide (BMW, General Motors, Daimler, Volkswagen),

- désorption thermique d'hydrures (AB5, AB2, AB, AB3, …) (General Motors, Toyota),

- hydrolyse du borohydrure NaBH4 en présence d'un catalyseur (PSA, Daimler)

Ils sont respectivement décrits dans les fiches 4.3 et 4.4. Ils ont tous été progressivement abandonnés pour les raisons suivantes:

- le stockage cryogénique conduit à une évaporation continue d'hydrogène. Elle peut être limitée en gérant une surpression momentanée, mais cette consommation parasite d'hydrogène génère des problèmes de sécurité et d'utilisation. De plus cette solution est onéreuse (coût de l'hydrogène cryogénique) et trop encombrante.

- l'utilisation d'hydrures conduit à un surpoids excessif compte tenu de leurs capacités insuffisantes de stockage.

- l'utilisation du borohydrure de sodium pose de gros problèmes logistiques de régénération du sel, une fois utilisé.

Si bien qu'aujourd'hui, en 2020, tous les constructeurs ont retenu la solution de l'hydrogène comprimé dans des réservoirs en structure composite sous une pression de 350 ou 700 bars (35 ou 70 MPa) (cf. Fig. 20). Une fiche technique du mémento (Fiche 4.2) est consacrée à cette technologie. Les performances actuelles sont les suivantes:

20 – 30 g H2/litre de réservoir et 55 g H2/kg de réservoir.

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Dans le cas des véhicules légers, l'hydrogène est généralement stocké dans deux ou trois bouteilles (figure 5) et pour les bus il est stocké dans une dizaine de bouteilles fixées sur le toit (figure 6).

Figure 20 - Réservoir d’hydrogène composite 700 bars Dynetek

9. Conclusions

La majorité des acteurs du domaine des transports routiers est aujourd’hui convaincue que les véhicules hybrides à propulsion électrique comportant une pile à combustible, une batterie et un stockage d’hydrogène, occuperont à terme une place déterminante dans la production des véhicules automobiles. Des décisions de commercialisation ont déjà été prises chez le coréen Hyundai et les japonais Toyota et Honda. D'autres devraient suivre prochainement. Tous les aspects transverses (sécurité, normes, réglementation) ont évidemment été pris en compte et sont développés dans les fiches 7.1 à 7.3. Cette situation a récemment permis de casser enfin le syndrome de "la poule et l'œuf" : pas de voiture parce que pas de stations-service et inversement), puisque tous les pays industriels ont lancé, dès 2013, des programmes de mise en place de stations-service (voir fiche 4.5.1). Plusieurs fiches décrivent en détail les divers domaines de la mobilité routière :

- Les fiches 9.1.1 à 9.1.9 donnent des détails sur les programmes des principaux constructeurs automobiles dans le monde, depuis leurs débuts dans cette technologie jusqu’à aujourd’hui,

- Les fiches 9.2 à 9.2.2 décrivent les applications dans les bus, - La fiche 9.4.4 décrit les applications dans le domaine des deux-roues. - La fiche 9.4.6 décrit les applications dans le domaine des poids lourds.

D’après le "Global Market for Hydrogen Fuel Cell Vehicles, 2018." un total de 6 475 véhicules à pile à combustible ont été vendus entre 2013 et fin 2017, dont plus de la moitié en Californie et plus de 75% par Toyota. D’après le site INSIDE EVs 7500 véhicules ont été vendus en 2019. Il est peu probable que ce chiffre inclue les véhicules mis en service en Chine, ce qui laisserait penser que plus de 15 000 véhicules à pile à combustible circulent dans le monde début 2020. L'ère de la pile à combustible dans les transports ZEV (Zero Emission Vehicles), utilisée soit comme source principale d'énergie, soit comme source annexe (Range Extender), est définitivement ouverte.

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