Voiture à hydrogène : comment ça marche ?

Tour à tour présentés comme LA solution verte ou décriés, les véhicules à pile à combustible ont été mis au point depuis plusieurs années déjà. Mais leur commercialisation se heurte aux nombreuses interrogations des automobilistes : quels sont leurs avantages et leurs contraintes ? Une voiture à hydrogène, comment ça marche ?

Pour connaître le fonctionnement des voitures à pile à combustible et comprendre pourquoi les constructeurs n’exploitent pas davantage cette motorisation, heycar vous emmène à la découverte de ces véhicules encore rares sur nos routes. Mais d’abord, la voiture à hydrogène, comment ça marche ?

Comment fonctionne une voiture à hydrogène ?

Le fonctionnement des véhicules à hydrogène exploite un composant présent en abondance dans l’atmosphère. Il repose sur une réaction chimique simple et non polluante.

Brève histoire du moteur à hydrogène

La première tentative d’utilisation de l’hydrogène pour alimenter un moteur remonte au tout début du XIXe siècle. Mais il faut attendre les années 1950 et l’essor de l’industrie aérospatiale outre-Atlantique pour connaître la première motorisation à hydrogène liquide, qui alimentait les fusées Apollo.

Dans le domaine automobile, les recherches pour exploiter l’hydrogène comme carburant dans les moteurs thermiques connaissent deux périodes clés : 1970 voit naître la première voiture thermique alimentée à l’hydrogène, l’invention de la pile à combustible datant, elle, des années 1990.

Plus récemment, les constructeurs automobiles se sont emparés du concept. Les années 2000 ont permis la fabrication du premier bus à hydrogène, rapidement suivi par la célèbre Toyota Mirai. Mais nous y reviendrons…

Le principe de la motorisation à hydrogène

Le moteur à hydrogène exploite la réaction chimique entre l’hydrogène et l’oxygène, qui permet de produire de l’électricité tout en ne rejetant que de l’eau. Sur le papier, cela ressemble fort au moteur écologique idéal !

Les composants essentiels du moteur à hydrogène

Les véhicules qui roulent à l’hydrogène embarquent les éléments suivants :

• un (ou plusieurs) réservoir(s) capable(s) de supporter la pression du gaz, qui peut atteindre 700 bars ;
• une pile à combustible, dans laquelle se déroule la réaction chimique produisant l’électricité ;
• un moteur électrique, chargé de faire avancer la voiture ;
• une batterie au lithium, destinée à stocker l’énergie en surplus et à permettre le freinage régénératif (récupération d’énergie lors du freinage) ;
• un échappement qui permet l’évaporation de l’eau produite par la réaction chimique.

Les avantages et les inconvénients des véhicules à hydrogène

Non polluantes à l’utilisation, utilisant un gaz présent partout autour de nous, silencieuses et confortables, les voitures à pile à combustible ont de solides arguments. Mais cette technologie se heurte encore à des obstacles de taille.

Moteur à hydrogène : un impact environnemental réduit

En ne rejetant que de l’eau – qu’il est en théorie possible de consommer – le moteur à hydrogène représente une solution radicale au problème des émissions polluantes (CO2, particules fines, oxydes d’azote…). La disponibilité du gaz dans la nature constitue aussi un atout, puisque l’alimentation des moteurs ne nécessite en théorie aucun processus d’extraction ou de transformation nocif pour la planète. Sauf que...

Voitures à hydrogène : inconvénients et limites

L’industrie des véhicules à hydrogène fait face à deux problématiques de taille : une production compliquée, donc coûteuse, et des infrastructures d’approvisionnement insuffisantes. Ces deux freins sont d’ailleurs corrélés.

En effet, l’hydrogène présent dans l’air n’est pas directement utilisable. Il doit être mis sous pression et stocké, ce qui engendre un surcoût important. D’autre part, la production de cet élément utilise encore trop souvent des énergies fossiles. De même, la fabrication des piles à combustible exige l’emploi de platine, un matériau extrêmement cher et dont l’extraction n’est pas franchement écologique…

D’un autre côté, le faible nombre des stations de recharge à hydrogène – à peine une centaine en France en 2023 – met un sérieux coup de frein au développement de cette motorisation.

Les défis de l’utilisation de l’hydrogène en automobile

Pour généraliser l’emploi du moteur à hydrogène, le secteur doit faire face à deux enjeux essentiels : utiliser des moyens de production propres et développer un vrai réseau d’infrastructures.

Le premier défi est déjà partiellement relevé, grâce à l’hydrogène vert, obtenu par électrolyse de l'eau à partir d'énergies renouvelables comme le solaire ou l’éolien.

Quant au second, il nécessite de résoudre les problèmes de coût de production. Une réelle volonté des politiques et des professionnels de l’automobile est la condition sine qua non pour assurer l’avenir des voitures à hydrogène.

Enfin, l’hydrogène restant un combustible hautement inflammable, la sécurité doit être optimisée pour favoriser l’adoption de ce type de moteur par les automobilistes.

Les voitures à hydrogène en pratique

Au-delà de la question classique « une voiture à hydrogène comment ça marche ? », d’autres considérations interpellent les automobilistes désireux de rouler plus propre.

Une voiture à hydrogène pour quel usage ?

Compte tenu du coût de cette technologie et de la faible étendue du réseau de stations de recharge, ces véhicules ne s’adressent pas vraiment au grand public. Toutefois, pour un usage occasionnel ou pour de longs trajets, acheter une voiture à hydrogène peut se révéler intéressant pour les particuliers.

En revanche, les professionnels sont de plus en plus nombreux à investir dans des modèles à hydrogène pour compléter leur flotte de véhicules. Les artisans et les entreprises apprécient les économies de carburant ainsi réalisées, tandis que les taxis y voient le moyen de contourner les restrictions de circulation des véhicules polluants en ville.

Quelle marque de voiture roule à l'hydrogène ?

Les constructeurs automobiles s’intéressent depuis longtemps aux moteurs à hydrogène. Toyota est le premier à lancer la production en série d’un modèle équipé de cette technologie : conçue en 2014, la Mirai a été entièrement relookée en 2019 et présentée lors du salon de l’automobile à Tokyo. Cette berline tout confort allie conduite agréable, équipements de haut vol et fonctionnement écologique. Côté tarifs, il vous faudra tout de même débourser plus de 70 000 euros pour la version de base de la Toyota Mirai.

De son côté, Hyundai propose NEXO, un SUV à hydrogène qui combine performances, autonomie et connectivité, le tout pour un prix de base de plus de 80 000 euros. BMW travaille sur le iX5 Hydrogène, un modèle dont la commercialisation à grande échelle n’est pour l’instant pas prévue. Honda a sorti une voiture à hydrogène pour le marché américain, mais en a rapidement cessé la production. Mercedes a également conçu un véhicule roulant à l’hydrogène. Enfin, Renault a annoncé la présentation de sa berline à hydrogène, baptisée Emblème, pour le Mondial de l’Automobile 2024, qui se tiendra à Paris du 14 au 20 octobre.

Sans surprise, le marché des utilitaires à hydrogène est un peu plus dynamique, les acquéreurs professionnels demeurant majoritaires. Citroën propose ainsi un Jumpy, un Kangoo, un Master et un E-Jumper équipés de piles à combustible, Peugeot commercialise un Expert hydrogène, Opel a intégré des versions hydrogène à ses modèles Movano et Vivaro…

Quel est le prix d'un plein d'hydrogène ?

Le kilogramme d’hydrogène est facturé entre 10 et 15 euros. Sachant que la moyenne des réservoirs est de 6 kg, le plein d’une voiture à hydrogène revient entre 60 et 75 euros, ce qui est plus économique que les carburants traditionnels.

En termes d’autonomie, les véhicules à hydrogène permettent de rouler plus longtemps que les voitures électriques : la plupart des modèles affichent une autonomie supérieure à 450 km, pouvant atteindre près de 700 km pour les plus performants.

Quel entretien pour une voiture à hydrogène ?

Les véhicules équipés de ce genre de moteur nécessitent peu de maintenance : uns visite de contrôle tous les 15 000 km environ suffit généralement à rouler sereinement.

Parmi les opérations d’entretien des voitures à hydrogène figurent :

• la vérification de l’absence de fuite d’hydrogène ;
• le contrôle du circuit d’alimentation (réservoirs, vannes, conduites...) ;
• la vérification des dates d’expiration des pièces moteur (obligation légale) et leur remplacement éventuel ;
• la maintenance du circuit de refroidissement ;
• le remplacement régulier du filtre ionique, ainsi que des filtres du système d’admission d’air.

Voiture à hydrogène VS véhicule électrique

Dans la bataille pour produire des voitures écologiques, les partisans des moteurs électriques et à hydrogène s’affrontent. Chacun a ses propres avantages et inconvénients, dont voici un résumé non exhaustif.

Sur le plan des performances énergétiques, l’avantage va aux véhicules électriques. Selon une étude menée par Tom Baxter, professeur de génie chimique aux États-Unis, le rendement d’une voiture électrique est de 80 %, contre 38 % seulement pour un modèle à hydrogène.

Le bilan carbone global, en revanche, est plus vertueux pour la voiture à hydrogène. En prenant en considération tout le cycle de vie du véhicule – production, utilisation, recyclage et destruction – l’émission de CO2 par km est comprise entre 130 et 230 g pour les voitures à hydrogène, contre 160 à 250 g pour les modèles électriques (source : étude Deloitte sur les mobilités du futur). Sachant que ces chiffres s’appuient sur une production de l’hydrogène issue d’un mix énergétique (incluant un peu plus de la moitié en énergies fossiles), le bilane carbone des voitures roulant à l’hydrogène vert est encore plus positif.

Enfin, en termes de praticité d’utilisation et de coût global, la voiture électrique remporte la palme. La raison est liée, une fois encore, au déficit d’infrastructures. Le peu de stations proposant de l’hydrogène, alors que les propriétaires de véhicules électriques peuvent aisément faire installer une borne de recharge à domicile et profiter du déploiement de celles-ci sur tout le territoire, handicape sérieusement les véhicules à hydrogène. L’entretien d’une voiture électrique demeure également moins onéreux que celui de tous les autres véhicules.