- Il n’y a actuellement qu’environ 15 000 véhicules à hydrogène sur les routes américaines, et tous se trouvent en Californie. Pendant ce temps, les véhicules électriques se comptent par millions.
- Alors que les voitures électriques attirent l’attention, les grands constructeurs s’efforçant de les rendre dominantes d’ici 2030, les véhicules à hydrogène restent pour l’instant en retrait.
- Voici ce que vous devez savoir sur les voitures à hydrogène, leur fonctionnement et la probabilité que vous en conduisiez une.
Vous avez probablement beaucoup entendu parler des véhicules électriques ces derniers temps, ainsi que des nouvelles sur la législation visant à réduire les émissions de carbone des véhicules. Mais il existe un autre type de véhicule zéro émission, celui qui n’émet que de la vapeur d’eau lorsqu’il vous transporte sur la route. C’est le véhicule à pile à combustible à hydrogène, apparenté à un véhicule électrique mais avec des différences spécifiques qui rendent les voitures à hydrogène différentes et beaucoup plus rares.
À ce jour, environ 2,5 millions de véhicules électriques ont été vendus aux États-Unis. En revanche, à la mi-2022, 15 000 véhicules à hydrogène ou moins peuvent être trouvés sur les routes américaines. Tous seront en Californie, le seul État disposant d’un réseau de stations-service à hydrogène pour rendre les voitures utilisables.
Voitures à hydrogène actuellement disponibles
Depuis 2015, trois voitures à hydrogène ont été proposées à la vente par trois constructeurs automobiles différents : la Honda Clarity Fuel Cell, le SUV Hyundai Nexo et la Toyota Mirai. Mais Honda a maintenant mis fin à la production de tous les modèles de la Clarity, et Hyundai a vendu moins de 1500 VUS Nexo jusqu’à présent.
Toyota, l’entreprise la plus dévouée à l’hydrogène comme alternative aux véhicules électriques à batterie, a vendu environ 10 700 berlines Mirai sur deux générations aux États-Unis, bien qu’à certaines périodes, elle ait eu recours à des rabais substantiels pour les déplacer. (Honda ne sépare pas les ventes de son modèle Clarity Fuel Cell des versions Plug-in-Hybrid et électrique à batterie Clarity.)
Qu’est-ce qu’une voiture à hydrogène ?
Un véhicule à pile à combustible à hydrogène (HFCV en abrégé) utilise le même type de moteur électrique pour faire tourner les roues qu’une voiture électrique à batterie. Mais il n’est pas alimenté par une grosse batterie lourde mais par une pile à combustible dans laquelle l’hydrogène pur (H2) traverse une membrane pour se combiner avec l’oxygène (O2) de l’air, produisant l’électricité qui fait tourner les roues plus la vapeur d’eau. Cela signifie qu’un véhicule à pile à combustible est techniquement un hybride en série, c’est pourquoi il est parfois classé comme véhicule électrique hybride à pile à combustible (FCHEV).
Pour les scientifiques, l’hydrogène n’est pas vraiment un carburant mais un vecteur d’énergie. Ignorez cette distinction, cependant, car les conducteurs de HFCV remplissent les réservoirs haute pression en fibre de carbone de leurs véhicules dans des « stations de ravitaillement en hydrogène » très similaires dans leur concept à l’ancienne station-service fiable, avec un temps de ravitaillement similaire de cinq minutes.
Vous entendrez peut-être que l’hydrogène est l’élément le plus courant dans l’univers. Au niveau atomique, c’est vrai, mais l’hydrogène ne se trouve jamais à l’état pur. Il est toujours combiné avec d’autres éléments. Sa forte propension à se lier à tout ce qui est en vue en fait un bon vecteur énergétique. La création d’hydrogène pur pour les véhicules nécessite l’utilisation d’une grande quantité d’énergie pour « craquer » un composé comme le gaz naturel (CH4) en H2 pur, avec le CO2 comme sous-produit. (La plupart du gaz naturel aujourd’hui est dérivé de combustibles fossiles.) Passé par une pile à combustible, l’hydrogène restitue immédiatement cette énergie, sous forme d’électricité, dès qu’il se combine avec l’oxygène. Du tuyau d’échappement ne sort que de la vapeur d’eau (H2O).
Au volant
Dans la pratique, le conducteur d’un HFCV trouvera l’expérience presque identique à la conduite d’un véhicule électrique à batterie, mais peut-être pas l’une des plus rapides. Il n’y a pas de transmission et la voiture comprend un freinage régénératif pour récupérer l’énergie gaspillée lorsqu’elle ralentit.
Le défi pour les ingénieurs automobiles est que les piles à combustible à hydrogène sont plus heureuses à une puissance de sortie constante. C’est ce qui les rend adaptés à l’utilisation de l’alimentation de secours, par exemple. Mais les demandes de puissance d’une voiture moyenne varient d’un ordre de grandeur, de quelque chose comme 15 kilowatts (20 chevaux) pour maintenir un véhicule à une vitesse d’autoroute constante sur une route plate à peut-être 10 ou 20 fois ce montant pour une accélération maximale à 60 mi/h ou plus.
La pile à combustible de la Toyota Mirai, la voiture à hydrogène la plus vendue aux États-Unis, est évaluée à 90 kW (120 chevaux). Mais cela ne suffit pas pour accélérer sur une autoroute rapide, donc Toyota (comme d’autres fabricants de HFCV) ajoute une batterie haute tension à faible capacité, très similaire à celles utilisées dans les véhicules hybrides essence-électricité. Il est là pour fournir une puissance supplémentaire pendant de courtes périodes d’accélération intense, et il est rechargé à partir de l’excès de puissance de la pile à combustible lorsque la voiture roule à vitesse constante ou via un freinage régénératif lorsque la voiture ralentit. Les trois voitures à hydrogène vendues ces dernières années ont toutes une autonomie nominale de 300 miles ou plus, bien que, comme les véhicules électriques, cette autonomie diminue considérablement à des vitesses plus élevées.
Les voitures à hydrogène sont-elles sûres ?
Les HFCV sont largement considérés comme aussi sûrs que n’importe quelle autre voiture; puisque les réservoirs à haute pression sont conçus pour survivre même aux accidents les plus rapides sans fuite ni rupture. Alors que les sceptiques de l’hydrogène citent régulièrement l’explosion de Hindenburg en 1937, les réservoirs d’hydrogène et leur matériel survivraient probablement même si le reste de la voiture était détruit dans un accident. Aucune blessure ou décès spécifique aux composants hydrogène n’a été enregistré dans le nombre relativement faible de HFCV vendus à ce jour.
Avantages et inconvénients des véhicules à pile à combustible à hydrogène
Les HFCV ont certaines des mêmes caractéristiques positives que les voitures électriques à batterie : ils sont doux, silencieux et paisibles à conduire et ils n’émettent pas de dioxyde de carbone ou d’autres gaz d’échappement nocifs par leurs tuyaux d’échappement, juste de la vapeur d’eau. Ils n’ont pas non plus le problème de temps de charge des véhicules électriques ; il ne faut que cinq minutes environ pour les ravitailler pour un autre passage de 300 à 400 milles.
Il y a cependant quelques inconvénients, le plus difficile étant la disponibilité de l’hydrogène. Alors que les plans d’il y a dix ans prévoyaient que la Californie ait maintenant 100 stations d’hydrogène, en réalité, le nombre est d’environ 60.
Plus problématique, toutes ces stations ne sont pas en ligne et disponibles pour faire le plein à tout moment. Vous pouvez compter le nombre total de points verts « H70 » dans le rapport d’état de la station en temps réel maintenu par le California Fuel Cell Partnership pour voir combien sont en direct à un moment donné. De nombreux conducteurs d’hydrogène comptent sur cette application pour cartographier leurs arrêts de ravitaillement avant de s’aventurer.
Stations de ravitaillement en hydrogène
Faire le plein d’une voiture à hydrogène vient naturellement avec le temps, mais aligner la buse lourde et la sceller correctement pour que la voiture et la pompe puissent communiquer électroniquement peut nécessiter un peu de pratique. Les stations d’aujourd’hui ne peuvent souvent alimenter que deux à cinq véhicules avant de se déconnecter jusqu’à une demi-heure pour se repressuriser.
Comme les conducteurs de HFCV de la région de la baie de San Francisco l’ont découvert en juin 2019, l’infrastructure d’approvisionnement en hydrogène des points de vente au détail est très mince. Une explosion a coupé l’approvisionnement de neuf des 11 stations d’hydrogène de la région, obligeant des camions diesel à transporter des réservoirs d’hydrogène comprimé à des centaines de kilomètres du sud de la Californie pendant la nuit.
Les conducteurs qui dépendaient de leurs véhicules à hydrogène pour les amener au travail devaient régler des alarmes pour les petites heures du matin, dans l’espoir d’atteindre une station-service à temps pour obtenir une partie de l’hydrogène limité. Toyota a fini par rembourser plusieurs mois de paiements de location aux conducteurs de Mirai à travers l’État qui ne pouvaient pas utiliser leur voiture de manière fiable.
Le principal contraste et le plus grand inconvénient des voitures à hydrogène par rapport aux véhicules électriques est qu’elles sont similaires aux voitures à essence en ce sens qu’elles ne peuvent pas être « ravitaillées » ou rechargées à la maison du jour au lendemain. Mais contrairement aux voitures à essence, pour lesquelles il existe un ensemble bien développé de plus de 100 000 stations-service dans tout le pays, les conducteurs d’hydrogène dépendent à la fois d’un approvisionnement fiable en gaz lui-même et d’une station-service à haute pression disponible et fonctionnant correctement.
Coût du carburant hydrogène
L’hydrogène étant un produit spécialisé pour le grand public, le petit réseau de stations-service facture naturellement des prix élevés. Pour citer le Conseil commercial de l’hydrogène de Californie, « Actuellement, un kilogramme d’hydrogène coûte entre 10 $ et 17 $ dans les stations d’hydrogène californiennes, ce qui équivaut à environ 5 $ à 8,50 $ par gallon d’essence » pour couvrir la même distance. (Une voiture à hydrogène Toyota Mirai contient environ cinq gallons d’hydrogène.)
Pour compenser cet inconvénient, Honda, Hyundai et Toyota ont tous offert à leurs locataires et acheteurs de l’hydrogène gratuit pendant diverses périodes. Chaque constructeur a une offre légèrement différente : une Toyota Mirai est livrée avec jusqu’à 15 000 $ d’hydrogène gratuit, tandis qu’une Hyundai Nexo comprend les mêmes 15 000 $ sur un bail de trois ans ou jusqu’à six ans de propriété.
Après l’expiration de ces offres, cependant, le conducteur est seul. Et si l’hydrogène peut être comparé à l’essence à 5 $ à 8,50 $ le gallon, notez que charger un VE pendant la nuit équivaut généralement à de l’essence à seulement 1 $ à 2 $ le gallon.
Entretien d’une voiture à hydrogène
Comme les voitures électriques, les véhicules à hydrogène exigent que les centres de service des concessionnaires prennent certaines précautions particulières. Les HFCV ont les mêmes batteries haute tension qu’une voiture hybride, hybride rechargeable ou électrique, mais ils ont également un ou plusieurs réservoirs blindés en fibre de carbone pour contenir de l’hydrogène pur sous une pression extrêmement élevée : 10 000 livres par pouce carré ( psi), ou 700 bar en métrique.
L’entretien normal d’une voiture à hydrogène qui n’implique pas les réservoirs d’hydrogène, la pile à combustible ou la plomberie qui les relie est comme n’importe quel autre véhicule. Mais si l’un de ces composants doit être manipulé, l’État de Californie a mis en place un ensemble de règles pour garantir que tout hydrogène qui s’échappe ne risque pas d’exploser.
Ceux-ci incluent la vidange en grande partie des réservoirs d’hydrogène de leur carburant dans des types spécifiques d’espaces extérieurs éloignés des bâtiments. Ensuite, le reste du système est purgé de tout l’hydrogène restant en rinçant les composants avec divers gaz, un processus qui prend entre 30 et 180 minutes.
L’avenir des voitures à hydrogène
Si vous êtes en Californie et que vous êtes intéressé par un véhicule à zéro émission propulsé par un moteur électrique, un véhicule à hydrogène peut valoir la peine d’être envisagé. Mais pour le moment, c’est un peu un risque. La création d’un tout nouveau réseau de ravitaillement en carburant à partir de zéro s’est avérée beaucoup plus problématique, à la fois coûteuse et peu fiable, que ce que les constructeurs automobiles envisageaient, et le carburant est plus cher pour les conducteurs que l’essence.
Sans ce carburant à l’hydrogène, livré à 10 000 psi, un HFCV n’est rien de plus qu’un gros arrêt de porte coûteux. Si nous devions deviner, nous dirions que l’avenir des voitures particulières est plus susceptible d’être électrique.