Page publiée le 20/04/2022

La voiture à hydrogène, comment ça marche ?

Tout comme un véhicule électrique, le fonctionnement d’une voiture hydrogène repose sur l’utilisation d’électricité, produite grâce à une pile à combustible H₂. On vous explique !

1804 : le Suisse François Isaac de Rivaz fabrique les premiers moteurs à hydrogène.
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Qu’est-ce qu’une voiture à hydrogène ?

La voiture à hydrogène est aussi une voiture électrique
Quel est le fonctionnement d’une voiture à hydrogène ?
Voiture hydrogène et voiture GPL : quelle différence ?
Voiture à l’hydrogène, une voiture verte ?
Y-a-t-il des voitures à hydrogène française ?
La voiture à hydrogène est-elle dangereuse ?

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La voiture à hydrogène est aussi une voiture électrique

L’hydrogène, ça date !
Mis en évidence dès 1766 par le chimiste britannique Henry Cavendish, l'hydrogène a rapidement vu ses premières applications. Dès le début du XIX^e siècle, l'inventeur suisse Isaac de Rivaz est parvenu à concevoir l'un des tous premiers moteurs à combustion, reposant en partie sur l’utilisation de ce gaz.
Mais la technologie aura ensuite toutes les difficultés du monde à se démocratiser, en raison notamment de l'essor des hydrocarbures.
Si bien que, encore aujourd'hui, les voitures à hydrogène – au sens propre du terme – sont presque inexistantes. BMW, avec sa limousine baptisée Hydrogen 7, est d'ailleurs l'un des rares constructeurs à s'y être essayé.

Voiture hydrogène… pas seulement
Aujourd’hui les voitures qu’on appelle voitures hydrogènes ne reposent pas sur un moteur à hydrogène. Le terme - improprement utilisé - désigne une technologie combinant un moteur électrique et une pile à combustible hydrogène (H₂).
Un procédé qui a été mis en lumière dès 1839 par le chimiste allemand Christian Schönbein. L'effet pile à combustible a mis de très longues années avant d’avoir une réelle application automobile : il a fallu attendre 2014 et le lancement de la Toyota Mirai pour qu'une voiture hydrogène à destination du grand public soit commercialisée.

Quel est le fonctionnement d’une voiture à hydrogène ?

Voiture avec moteur hydrogène, voiture électrique hydrogène ou même voiture fonctionnant au gaz : ces technologies sont souvent confondues. Faisons le point sur leurs nombreuses différences.

Le « véritable » moteur à hydrogène
Il est important de faire la distinction entre deux technologies : le moteur à hydrogène et la pile à combustible. Dans le premier cas, le fonctionnement est similaire à celui d'un moteur à combustion interne : un gaz en surpression, à savoir l'hydrogène, permet de créer un travail mécanique, à l'origine de la mise en mouvement du véhicule.
Toutefois, il s’avère que le moteur « classique », à savoir celui reposant sur des pistons, est peu adapté à la combustion de l'hydrogène. Cela explique d'ailleurs pourquoi ce type de moteur n’a jamais réellement eu les faveurs du secteur automobile. Lorsque l’on parle de « voiture à hydrogène », il est question des véhicules reposant sur l’usage d’une pile à combustible.

La pile à combustible : au cœur de la voiture hydrogène moderne
Bien que l’on parle couramment de voiture à hydrogène, le terme approprié serait plutôt « voiture électrique à hydrogène ».
En effet, contrairement à la technologie abordée précédemment, ce type de véhicule dispose d'une pile à combustible : c’est en son sein qu’une réaction électrochimique s’opère entre l'hydrogène (H₂), stocké sous pression dans un ou plusieurs réservoirs, et l’oxygène (O₂) provenant de l'extérieur. Cette réaction va permettre de produire de l'électricité, de la chaleur et de la vapeur d'eau (H₂O).

L'électricité ainsi produite va servir à alimenter à la fois une batterie électrique et le moteur électrique de la voiture hydrogène, permettant de mettre cette dernière en mouvement. Contrairement au moteur hydrogène évoqué plus haut, cette technologie ne repose donc pas du tout sur l’usage d’une motorisation thermique classique. Bien au contraire, il s’agit en réalité d’une voiture électrique capable de produire sa propre électricité.
Mais plutôt que de recharger le véhicule par l’intermédiaire d’une borne, il suffit de réaliser un plein d’hydrogène, cet élément permettant ensuite la production d’électricité.

Voiture hydrogène et voiture GPL : quelle différence ?

Comme expliqué dans le chapitre précédent, l’alimentation d’une voiture hydrogène se fait grâce à l’électricité produite par la pile à combustible. A contrario, une voiture GPL associe une motorisation thermique essence et un système dédié au Gaz de Pétrole Liquéfié (réservoir, vapodétendeur, etc.).

Par conséquent, une voiture GPL peut fonctionner indifféremment au gaz ou à l’essence. L’automobiliste peut en effet passer d’une énergie à l’autre grâce à un bouton commutateur ou lorsque l’un des deux réservoirs est vide.

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Voiture à l’hydrogène, une voiture verte ?

Rouler sans émission
Tout comme la voiture électrique, la voiture à l'hydrogène n'émet aucun polluant à l'usage. À l’exception de la pollution créée en raison de l'usure de différents éléments (le frottement des pneus sur la route par exemple), similaire pour tous les véhicules, elle ne rejette que de la vapeur d'eau, produite lors de la réaction entre l'hydrogène et l'oxygène.

Une production aujourd’hui pas si verte
Mais les véhicules à hydrogène ne sont pas aussi vertueux qu’il n’y parait.
À l’heure actuelle, on estime qu’environ 95% de l'hydrogène⁽³⁾ est produit à partir de ressources fossiles – du méthane, du pétrole et du charbon principalement – mis en réaction avec de la vapeur d’eau et de la chaleur.
En plus d'afficher un rendement énergétique relativement faible, inférieur à 50%, cette opération produit une quantité considérable de dioxyde de carbone. Si bien que, en moyenne, on considère que la fabrication d'un kilo d'hydrogène rejette 10 kilos de CO₂. Ainsi, une voiture à l’hydrogène affichant une consommation de l’ordre de 1 kg/100 km émettrait l'équivalent de 100 grammes de CO₂/km⁽³⁾.

Recherches
Face à ce problème écologique, différentes sociétés recherchent des solutions alternatives pour produire de l'hydrogène de façon plus vertueuse. La France croit à l'hydrogène et vient de donner, entre autres, à l'ADEME une enveloppe de 100 millions d'euros⁽³⁾ pour que soient lancées rapidement des expérimentations de production d'hydrogène par électrolyse à partir d'énergies renouvelables.
Des recherches visant l’utilisation d’hydrogène vert sont actuellement en cours chez Kawasaki Heavy Industries et chez Toyota afin de convertir un moteur à combustion interne pour lui permettre d’utiliser de l’hydrogène comme carburant plutôt que de l’essence.
Pour autant, l’avenir de la voiture à l’hydrogène est encore très utopique, car outre sa production écologique qui reste à démontrer, le problème de son transport est aussi un frein très lourd aujourd’hui non résolu. Son utilisation à l’avenir exigera des investissements massifs et un fort développement des énergies renouvelables…

Y-a-t-il des voitures à hydrogène française ?

Hopium Machina, made in France
L'entreprise française Hopium, fondée et dirigée par l'ancien pilote de course Olivier Lombard, a annoncé commercialiser des voitures hydrogène haut de gamme pour 2025.
Cet ambitieux projet a déjà ses adeptes puisque Hopium annonce avoir franchi le cap des 1 000 précommandes⁽⁴⁾ pour la Machina, sa toute première voiture à hydrogène.

Une voiture hydrogène à 120 000 euros
Première berline hydrogène 100% française, l’Hopium Machina affiche 500 chevaux de puissance et une autonomie de 1 000 kilomètres⁽⁴⁾. Elle est proposée au prix de 120 000 euros⁽⁴⁾.

La voiture à hydrogène est-elle dangereuse ?

L’hydrogène est un gaz inflammable. La catastrophe du dirigeable allemand Hindenburg, le 6 mai 1937, l’a tragiquement prouvé. Le célèbre Zeppelin, dont l’enveloppe contenait de l’hydrogène, s’est embrasé brusquement lors d’un orage, au moment de son atterrissage.

Le risque d’explosion de l’hydrogène est donc réel, mais il n’est pas plus important que celui du GPL, d’une batterie électrique lithium-ion ou encore de l’essence.
Aussi, les constructeurs traquent les risques de fuite ou de rupture d’un élément clé, comme le réservoir, par exemple lors d’un choc dû à un accident du véhicule. Ainsi, les réservoirs sont fabriqués avec un liner métallique ou polymère, dont le rôle est d’empêcher le gaz de s’échapper. Celui-ci est de plus entouré d’une structure composite faite pour supporter tous les efforts mécaniques, en particulier en cas de choc important. De nombreux tests sont effectués pour valider la sécurité de l’ensemble dont des tirs à balles réelles.

Quant au difficile stockage de l’hydrogène, les matériaux sont conçus pour résister aux pressions importantes du gaz (700 bars).

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(3) L'hydrogène a-t-il un avenir comme carburant automobile ? https://www.largus.fr/actualite-automobile/lhydrogene-a-t-il-un-avenir-comme-carburant-automobile-9280398.html et https://www.auto-moto.com/green/voiture-a-hydrogene-fonctionnement-avantages-problemes-279165.html
(4) Hopium Machina, première berline hydrogène 100% française – sources des informations : https://www.h2-mobile.fr/actus/hopium-voiture-hydrogene-francaise-depasse-1000-commandes/ et https://www.europe1.fr/technologies/quest-ce-que-hopium-le-nouveau-projet-de-voiture-hydrogene-made-in-france-4089938
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