Moteurs à hydrogène : comment ils fonctionnent et pourquoi ils sont la clé de l'avenir

Les moteurs à hydrogène restent l’un des paris les plus prometteurs pour l’avenir de l’automobile durable. Malgré quelques défis techniques et logistiques, cette technologie suscite un intérêt croissant de la part de grandes marques telles que Toyota, BMW, Mazda, Hyundai et Ford, qui ont déjà investi des ressources importantes dans le développement de ces systèmes. Actuellement, on distingue deux grands types de moteurs à hydrogène dans l’industrie : les moteurs à combustion interne à hydrogène et les moteurs à pile à combustible.

Dans cet article, nous expliquerons le fonctionnement des moteurs à hydrogène, leurs principales caractéristiques, les avantages et les inconvénients de chacun des systèmes et leur impact sur l'avenir des transports.

Comment fonctionne un moteur thermique à hydrogène ?

Le moteur à combustion interne à hydrogène fonctionne de manière très similaire à un moteur à combustion essence ou diesel traditionnel, mais avec une différence significative : il utilise de l'hydrogène comme carburant au lieu de produits pétroliers. Dans ce cas, le l'hydrogène se mélange à l'oxygène à l'intérieur de la chambre de combustion et est enflammé par une étincelle, exactement comme dans un moteur conventionnel. Ce processus libère de l'énergie qui entraîne les pistons et génère un mouvement mécanique.

L'un des principaux avantages de ce type de moteur est qu'au lieu de produire du dioxyde de carbone (CO2), il émet vapeur d'eau comme sous-produit. Cependant, en raison des températures élevées atteintes lors de la combustion, des oxydes d'azote (NOx) sont générés, qui continuent d'être polluants. Pour atténuer ce problème, certaines solutions incluent l’injection d’eau dans le système d’admission, une technique qui s’est avérée réduire considérablement la formation de NOx.

Cependant, les moteurs à combustion à hydrogène sont également confrontés à des défis liés à densité d'énergie d'hydrogène, ce qui est inférieur à celui des autres combustibles liquides. Cela signifie qu’une plus grande quantité d’hydrogène est nécessaire pour effectuer le même travail qu’un moteur à essence. Bien qu'ils puissent fonctionner avec des carburants alternatifs comme le GNC ou le GPL, le stockage reste un obstacle, car l'hydrogène doit être stocké à des pressions très élevées, généralement 700 bars, ce qui implique l'utilisation de réservoirs spécialisés très coûteux.

Exemples de moteurs à hydrogène

Un exemple notable de moteur à hydrogène est celui du bmw 750hl, qui fut l’un des premiers véhicules à utiliser de l’hydrogène liquide comme carburant. Ce modèle nécessitait des températures extrêmement basses (-253 °C) pour stocker efficacement l'hydrogène dans des réservoirs spéciaux. Bien que dépassé par de nouvelles conceptions, il représente une étape importante dans le développement de cette technologie.

Un autre cas est le moteur Verseau à hydrogène, développé par une société israélienne. Ce moteur se distingue par le fait qu'il ne nécessite pas d'huile de lubrification, ce qui simplifie son entretien. De plus, son système innovant minimise les émissions de NOx et, en raison de sa légèreté et de son faible coût, il se présente comme une option viable tant pour les véhicules que pour les générateurs d'énergie.

Comment fonctionne un moteur à hydrogène à pile à combustible

Contrairement aux moteurs à combustion, les moteurs à combustion pile à combustible Ils convertissent l’hydrogène en électricité grâce à un processus électrochimique appelé électrolyse inverse. Lorsque l’hydrogène stocké dans des réservoirs est combiné à l’oxygène dans une pile à combustible, de l’électricité est générée qui alimente un moteur électrique, tandis que le seul sous-produit est de l’eau pure.

Ce procédé est bien plus efficace que la combustion de l’hydrogène et, surtout, il n’émet pas de polluants. Cependant, le coût de production élevé des piles à combustible constitue un obstacle majeur. Actuellement, le platine est utilisé comme catalyseur dans le processus, mais certains chercheurs étudient des alternatives plus abordables, telles que les ferroalliages, pour réduire les coûts.

Un bon exemple de technologie des piles à combustible est Toyota mirai, qui a attiré l'attention pour ses performances et sa capacité à parcourir jusqu'à 650 km avec une charge d'hydrogène. Ce type de technologie est idéal pour les véhicules qui parcourent de longues distances, comme les camions ou les bus, en raison de la plus grande autonomie qu'ils offrent par rapport aux voitures électriques conventionnelles.

Avantages et inconvénients du moteur à hydrogène

Les moteurs à hydrogène, à combustion ou à pile à combustible, offrent une série de avantage y défis, qui doit être pesé avant une adoption généralisée :

• Avantages:
• Les temps de ravitaillement en hydrogène sont nettement plus courts (moins de 5 minutes) par rapport au chargement de batteries électriques.
• Les émissions sont bien inférieures, voire nulles, selon le système utilisé.
• L’hydrogène est l’élément le plus abondant dans l’univers, ce qui en fait une option durable à long terme.
• Les véhicules à hydrogène peuvent purifier l'air dans lequel ils circulent, comme le Hyundai Nexo, ce qui contribue à l'amélioration de l'environnement urbain.

• Inconvénients:
• Le coût de la production des piles à combustible et des infrastructures de stockage de l’hydrogène reste élevé.
• Les infrastructures de ravitaillement en hydrogène sont limitées, avec peu de stations dans la plupart des pays.
• Le processus de production d’hydrogène n’est pas toujours propre, surtout s’il provient de sources non renouvelables.

Autonomie et sécurité des véhicules à hydrogène

Les véhicules à hydrogène se distinguent par leur autonomie, atteignant des chiffres comparables à ceux des voitures à essence. Des modèles comme le Hyundai Nexo Ils offrent jusqu'à 666 km d'autonomie, tandis que la Toyota Mirai dépasse les 650 km. Cela rend les véhicules à hydrogène très compétitifs en termes de mobilité longue distance.

Quant à la sécurité, les réservoirs d'hydrogène ont été conçus pour résister à des pressions très élevées et même aux tirs de balles, comme l'assure Toyota dans son modèle Mirai. Les infrastructures et les normes de sécurité pour les véhicules à hydrogène ont beaucoup progressé ces dernières années, ce qui a permis de créer des véhicules aussi sûrs que leurs équivalents essence ou diesel.

L’avenir de l’hydrogène dans l’industrie automobile continue d’évoluer. Avec les progrès des technologies de combustion interne et des piles à combustible, ainsi que le développement d’infrastructures plus efficaces, nous assisterons probablement à une augmentation de l’adoption de véhicules à hydrogène.