Quel avenir pour l'hydrogène ?

Le marché de la voiture électrique se compose surtout d’électriques équipées de batteries, rechargeables sur secteur, et d’hybrides (simple ou plug-in). Il existe aussi d’autres véhicules, électriques également, utilisant la technologie de la pile à combustible fonctionnant avec de l’hydrogène. Une technologie d’avenir qui a beaucoup de mal à percer. Pour le moment, l’offre d’autos fonctionnant à l'aide de cette technologie est très limitée, seules les Honda Clarity, Hyundai ix35 Fuel Cell et Toyota Mirai animent le marché. Et lorsque l'on parle d'autos commercialisées, on parle surtout d'un banc d’essai grandeur nature pour les constructeurs avec quelques centaines de véhicules à pile à combustible en action.

Un peu de technique

Le principe de la pile à combustible est relativement simple. Une pile est composée de deux électrodes, une anode et une cathode. Ces électrodes sont séparées par un électrolyte (qui bloque les électrons). L’anode est chargée en hydrogène qui provient d'un réservoir, la cathode en oxygène (de l’air). Dans l’anode, les molécules d’hydrogène se dissocient en ions positifs (H+) qui vont circuler au travers de l’électrolyte. Les électrons (e -) vont alors circuler dans un circuit externe créant un courant continu. Dans la cathode l’addition des ions positifs (H+), des électrons (e -) et de l’oxygène (O2) donne de l’eau (H2O). À noter que la réaction produit aussi de la chaleur.

Un peu d’histoire

La pile à combustible a une longue histoire. Les premiers travaux sont l’œuvre de Christian Fiedriech Schönbein qui va découvrir le principe de la pile à combustible. En 1838, en réalisant l’électrolyse de l’eau, le chimiste allemand découvre “l’effet “ pile à combustible. Un an plus tard, en s’aidant des travaux de son ami Schönbein, William Robert Grove, avocat et également chimiste amateur, réalise la première pile à combustible (avec de l’hydrogène) en laboratoire. L’ingénieur Francis Thomas Bacon va faire progresser la pile à combustible en créant un prototype industriel de puissance. Pour voyager dans l’espace, la NASA reprend la pile à combustible à son compte pour en installer dans ses “vaisseaux “ spatiaux. Mais pour une adaptation à autre chose que la conquête spatiale, il faudra attendre longtemps. Le premier choc pétrolier va faire revenir la pile à combustible sur le devant de la scène. Le coût des catalyseurs et des membranes frein la recherche qui se met en veille dans les années 1980 avant que dix ans plus tard les avancées technologiques et les problèmes d’environnement remettent au goût du jour cette technologie. La miniaturisation va également permettre d’installer cette pile sous le capot des automobiles.

Les avantages de la pile

La pile à hydrogène produit de l’électricité pour alimenter des batteries qui vont permettre au moteur électrique de fonctionner et d'entraîner les roues du véhicule. Pour produire de l’énergie, la pile n’a besoin que d’hydrogène et d’air. Deux composés qui se trouvent facilement sur la terre. En produisant de l’électricité, la pile produit aussi de la chaleur qui peut être récupérée, et de l’eau, mais pas de gaz à effet de serre.  

De grosses contraintes d’utilisation

Pour fonctionner, la pile à combustible est dotée d’une membrane humide en polymère permettant la réaction chimique entre les particules d’oxygène et d’hydrogène qui génère de l’électricité. Problème, cette membrane ne peut fonctionner en dessous de 0 degré et ne peut dépasser les 80/90 degrés. Il faut donc installer un système de réchauffement et de refroidissement performant pour que la pile fonctionne dans de bonnes conditions. De plus, la membrane est parsemée de particules de platine pour accélérer la réaction chimique, tous ces éléments technologiques sont d’un coût élevé. Pour que la pile fonctionne de manière optimale, il faut que l’oxygène utilisé soit pur. Or la pile aspire de l’air, un air qui peut être pollué et qui nécessite souvent un catalyseur, lui aussi très cher, pour le dépolluer.

Encore trop cher

La technologie utilisée étant onéreuse, les autos produites affichent un tarif élevé. La Toyota Mirai est proposée à un tarif proche de 80 000 €. Un prix élevé pour une auto qui n’est somme toute, qu’une grande familiale ne pouvant accueillir que quatre personnes. C’est pourquoi seules les grandes entreprises peuvent souvent se permettre d’acheter ce type d'auto. Certaines entreprises, comme l’Air Liquide (qui est un distributeur d’hydrogène) en profitent pour se faire un peu de publicité au passage.

Production d’hydrogène, peu écologique pour le moment

Le tarif onéreux et le peu de véhicules disponible ne sont pas les seuls écueils qui ralentissent l'expansion du marché des véhicules à pile à combustible en Europe et en France. L'un des principaux soucis est l’hydrogène lui-même. Un gaz léger, fuyant et explosif. Un gaz qui est contenu dans l’eau, mais qu’il est difficile à extraire. Aujourd’hui, la production de l’hydrogène s’effectue par reformage de combustibles fossiles. Si le procédé utilisé pour produire de l’hydrogène n’est pas trop coûteux, il a pour conséquence de produire des gaz à effet de serre, comme le monoxyde et le dioxyde de carbone et aussi des oxydes d’azote. À moins de produire de l’hydrogène grâce à l’électrolyse de l’eau en utilisant pour cela de l’électricité produite par des systèmes d’énergie renouvelable comme l’éolien, le solaire, le bilan écologique n'est pas aussi vertueux que l'on aurait pu le penser.

Le stockage, un autre problème

Il y a aussi un vrai problème de stockage de l’hydrogène. L’hydrogène étant moins dense que l’air, il prend plus de place, et l'on est obligé de le comprimer à 200 bars pour le stocker. Malgré ça il faut l’équivalent de vingt camions-citernes pour transporter la même quantité d’énergie qu’un camion-citerne d’essence. Qui dit camion, dit gaz à effet de serre, à moins que le moyen de transport ne soit électrique. Reste aussi le problème des fuites avec ce gaz extrêmement volatil. Enfin les stations de distribution sont encore peu nombreuses et nécessitent également de gros investissements pour leur construction.

Et pour le futur ?

Malgré toutes les difficultés, les constructeurs investissent dans la recherche en se regroupant pour diminuer les frais, les états sont également sollicités et participent à l'aventure, en octroyant des subventions ou en proposant une fiscalité allégée dans le but de venir en aide à la filière hydrogène. Et puis, le développement de cette énergie permettra sans doute d'obtenir une diminution des coûts. Quoi qu’il en soit, pour une utilisation grand public, il faudra encore patienter. La pile à combustible pour tout le monde, ce n’est pas encore pour demain.