Voiture hydrogène : pourquoi elle ne fait déjà plus rêver ?

Sommaire

• Que sont vraiment les voitures à hydrogène ?
• Voitures à hydrogène : où en est le marché ?
• Comment fonctionne le moteur des voitures à hydrogène ?
• Quels avantages et inconvénients pour les voitures à hydrogène face aux voitures électriques ?
• Les voitures à hydrogène ont-elles 40 ans de retard ?
• Foire aux questions

L’hydrogène, une énergie qui nous renvoie à de vieilles images de dirigeables allemands, est présenté, avec le véhicule électrique à batteries, comme la solution pour décarboner un secteur des transports très gourmand en énergies fossiles. Les industriels le promettent, le gouvernement français met beaucoup d’argent sur la table et les articles sur ses promesses se multiplient. Sauf que l’hydrogène est complexe à fabriquer, à transporter et à stocker, et le scepticisme gagne désormais certains constructeurs automobiles. Alors, que vaut vraiment la voiture à hydrogène ? Comment fonctionne son moteur ? Qu’est-ce qu’une pile à combustible ? Et quels sont ses avantages et ses inconvénients face à l’électrique ?

Que sont vraiment les voitures à hydrogène ?

Une voiture à hydrogène est, en fait, une voiture électrique qui fabrique sa propre électricité à bord grâce à une pile à combustible (en anglais « fuel cell »). Cette pile combine l’hydrogène à l’oxygène de l’air pour produire de l’électricité. L’utilisation d’une voiture à hydrogène est garantie sans émission de gaz à effet de serre (GES) au niveau du véhicule, comme aime à le rappeler Toyota.

Mais s’arrêter ici dans l’explication lorsqu’on évoque l’hydrogène revient à s’arrêter à la moitié d’une ascension en criant victoire. Et c’est malheureusement ce qui se passe lorsque l’hydrogène est abordé. Sur France Info, bonne nouvelle, on nous apprend le retour du train à Bagnères-de-Luchon, en Haute-Garonne. Cerise sur le caténaire, il s’agit d’un « train vert à hydrogène, une première française ». La ligne ne tournera pas à l’électricité, comme 80 % des lignes en France, et John Palacin, conseiller régional d’Occitanie, en est fier : « C’est un mode de transport qui émet zéro carbone, c’est positif ».

Bon, c’est plutôt du dioxyde de carbone qu’on émet, mais on lui pardonne. Sur BFM enfin, un paragraphe entier s’attarde sur la manière dont l’hydrogène fait tourner une rame de train garantie « zéro émission »... tout en évitant de décrire son processus de fabrication. Que ce soit pour le train, l’avion ou la voiture, l’hydrogène n’est pas une source d’énergie directement disponible : il faut le fabriquer.

On en distingue trois sortes :

• l’hydrogène « gris », fabriqué principalement à partir de gaz naturel, d’origine fossile et non renouvelable, qui représente environ 95 % du marché ;
• l’hydrogène « bleu », produit de la même façon mais cette fois avec capture du CO2. Des études le jugent pourtant fortement émetteur ;
• l’hydrogène « vert », produit sans émissions de CO2, à partir de sources renouvelables, par exemple par électrolyse de l’eau.

Au moins, lorsque vous lirez des articles sur la « révolution hydrogène » qui ne mentionnent pas sa fabrication, vous saurez qu’il manque une bonne partie du chemin.

Voitures à hydrogène : où en est le marché ?

Pourquoi la voiture hydrogène séduit-elle sur le papier ?

Le contexte pourrait lui être favorable : la voiture thermique représente tout de même 15 % des émissions de GES en France, la législation européenne sur les émissions moyennes de CO2 des véhicules se durcit et la voiture électrique essuie des critiques, fondées, de plus en plus virulentes. Ses promesses devraient faire de la voiture à hydrogène une priorité pour tous les constructeurs : « zéro émission » à l’utilisation, une recharge plus rapide qu’une voiture électrique et une autonomie plus importante. Le Hyundai NEXO Nouvelle Génération atteint jusqu’à 826 km avec un plein réalisé en cinq minutes, et la Toyota Mirai a même roulé plus de 1 000 km avec un seul plein. Bref, la voiture à hydrogène et sa pile à combustible présentent des caractéristiques alléchantes pour un secteur automobile qui doit urgemment se verdir.

Pourquoi le marché des voitures à hydrogène reste-t-il anecdotique ?

Mais on n’y est pas. Seuls deux constructeurs automobiles proposent chacun une voiture équipée d’une pile à combustible en France : Toyota avec la seconde génération de la Mirai, au prix de 78 000 euros, et Hyundai avec sa Nexo, à 72 000 euros. La Nexo a été le véhicule à pile à combustible le plus vendu au monde en 2020. Et les autres ? De nombreux constructeurs travaillent sur une version hydrogène de leurs modèles : Peugeot et BMW avaient tous deux annoncé des véhicules pour 2022, et Honda, Mercedes, Land Rover et Renault sont aussi sur les rangs. Le constructeur Volkswagen, lui, a renoncé à tout investissement dans l’hydrogène pour ses voitures.

Les voitures à pile à combustible ne sont pas la réponse.

Groupe Volkswagen

Ça a le mérite d’être clair.

Le scénario le plus optimiste pour 2040 table sur 6 % de part de marché en Europe pour la voiture à hydrogène, d’après les chiffres de la Plateforme automobile.

Voiture hydrogène : quelles infrastructures sont nécessaires ?

Comme pour l’essence, et contrairement à l’électrique, la voiture à hydrogène a besoin de stations pour se ravitailler, et ce manque de stations freine son développement. Il suffit de regarder la carte des stations hydrogène pour constater qu’il vaut mieux habiter en région parisienne qu’à Mulhouse. Le déploiement des stations hydrogène se fait lentement : 100 stations étaient prévues en France d’ici la fin 2023, puis entre 400 et 1 000 d’ici 2028.

Comment fonctionne le moteur des voitures à hydrogène ?

En quoi cette technologie diffère-t-elle du moteur électrique ?

Le moteur à hydrogène repose sur une pile à combustible alimentée par du dihydrogène stocké sous pression dans un réservoir et par l’air ambiant soufflé par un compresseur. L’hydrogène réagit avec l’oxygène de l’air : cette réaction produit l’énergie électrique qui charge la batterie tampon, laquelle alimente le moteur électrique. L’énorme avantage de ce fonctionnement est qu’il ne rejette aucun polluant à l’échappement, seulement de l’eau et de la chaleur, comme aime à le rappeler Toyota.

Pourquoi la fabrication de l’hydrogène pose-t-elle problème ?

On l’a vu en introduction, cet avantage, grossièrement mis en avant par les lobbyistes de l’hydrogène, part en fumée dès qu’on s’intéresse à sa fabrication. Comme le démontrent les précieux travaux de l’ingénieur Philippe Bihouix, la fabrication de toute énergie nécessite… de l’énergie. Et dans le cas de l’hydrogène, elle est loin d’être verte : à l’échelle mondiale, 95 % de l’hydrogène est produit à partir d’énergies fossiles. Le procédé industriel majoritaire fait réagir du méthane avec de l’eau pour obtenir un mélange contenant de l’hydrogène et du bon vieux dioxyde de carbone. En Europe, cette production représente déjà 4 % des rejets de CO2, autant que l’avion. Pour une énergie vraiment propre, il faudra repasser.

Voiture hydrogène : pourquoi les promesses sont-elles difficiles à tenir ?

Pour pallier les émissions de GES dues à la production d’hydrogène, et dans un souci de réindustrialisation, le président Macron a annoncé vouloir « devenir le leader de l’hydrogène vert en 2030 », en construisant notamment « deux gigafactories ou électrolyseurs ». Pour faire simple, il faut de l’électricité décarbonée (nucléaire ou renouvelables) pour produire de l’hydrogène bas-carbone, et de l’électricité renouvelable pour produire de l’hydrogène vert. Sauf que, problème : « On n’aura jamais en Europe suffisamment de production de renouvelables pour faire nos grandes électrolyses et produire de l’hydrogène vert », dixit… Emmanuel Macron pendant son discours. Aveu de faiblesse, pas bon pour le business.

Et pour produire un million de tonnes d’hydrogène vert, alors que celui que l’on produit aujourd’hui vient à 94 % d’énergies fossiles, il faudrait mobiliser à plein temps 5 gros réacteurs nucléaires. Le plan Hulot ambitionne d’atteindre 30 % d’hydrogène vert d’ici 2028. Ça fait peu. L’avenir des véhicules à hydrogène dépend donc du développement d’une production décarbonée et des infrastructures de ravitaillement, deux conditions au cœur des solutions hydrogène bas-carbone et renouvelable soutenues par l’ADEME.

Quels avantages et inconvénients pour les voitures à hydrogène face aux voitures électriques ?

Place à la confrontation avec les autres voitures engagées dans la course à la décarbonation de l’industrie automobile : les voitures électriques à batterie. Qu’en est-il de la perte d’énergie et de leur bilan carbone ?

Quelle voiture perd le moins d’énergie ?

La voiture électrique domine largement. Tom Baxter, professeur de génie chimique à l’université d’Aberdeen, cité par Futura, a calculé le rendement énergétique de chaque technologie. Pour comprendre pourquoi la voiture à hydrogène perd davantage d’énergie, il faut regarder comment l’hydrogène est produit puis utilisé par le moteur : pour 100 watts d’électricité produits par une source renouvelable telle qu’une éolienne, seulement 38 watts servent effectivement à rouler. Dans le détail, 25 % sont perdus lors de la transformation de l’énergie initiale en hydrogène, 10 % lors de la compression, de la réfrigération et du transport du carburant jusqu’à la station, 40 % lors de sa transformation en électricité dans le véhicule et enfin 5 % lorsque l’électricité est utilisée par le moteur pour déplacer la voiture.

En comparaison avec une voiture électrique, toujours selon le chercheur, « environ 5 watts sont perdus lors du transport de l’électricité dans le réseau, 10 watts lors du chargement et du déchargement de la batterie, et 5 watts pour déplacer le véhicule. Le rendement global est donc de 80 % ».

La voiture électrique à batterie est donc moins énergivore : elle valorise 80 % de l’énergie initiale, contre 38 % pour la voiture à hydrogène, selon le calcul cité ; ce rendement de la chaîne hydrogène explique l’écart.

Bilan carbone : la voiture à hydrogène prend-elle sa revanche ?

Le cabinet Deloitte a calculé que le bilan carbone de la voiture à hydrogène, sur l’ensemble du cycle de vie (construction, utilisation, recyclage et fin de vie du véhicule), est de 130 à 230 g de CO2 par km, contre 160 à 250 g pour la voiture électrique et 180 à 270 g pour la voiture thermique. Les véhicules électriques émettent davantage à cause de la production des batteries et de l’extraction de lithium et de métaux rares.

Ces chiffres sont à replacer dans un contexte où la production d’électricité reste majoritairement fossile : 65,3 % de la production brute mondiale en 2019. Lorsque l’électricité vient de renouvelables comme l’éolien ou le solaire, ou d’une source décarbonée comme le nucléaire, le bilan est bien plus favorable à la voiture électrique. À l’inverse, l’impact écologique d’une voiture à hydrogène dépend directement de l’origine de l’hydrogène utilisé.

Les voitures à hydrogène ont-elles 40 ans de retard ?

À entendre les constructeurs et autres pourfendeurs d’une croissance verte, le climat serait toujours une affaire d’optimisation de nos activités : des voitures électriques à la place des thermiques, de l’hydrogène à la place du pétrole, du nucléaire à la place du charbon. De nouvelles promesses apparaissent, comme l’autonomie, la recharge express, le gaz propre ou la batterie recyclable… Pourtant, la réalité est beaucoup moins enthousiasmante pour l’hydrogène et pour la voiture en général.

Des constructeurs comme Toyota et Hyundai patinent. D’autres tardent à se lancer dans le moteur à pile à combustible. Des coûts qui restent très élevés pour la production de l’hydrogène et l’achat des voitures. Une dépendance aux énergies fossiles encore trop importante. Une transition vers les énergies renouvelables incertaine… Tant que l’hydrogène reste majoritairement fossile, la voiture à hydrogène a, en réalité, un train de retard face à l’urgence climatique. Elle ne peut être une solution.

Et si la question était ailleurs ? N’est-il pas temps de questionner la place de la voiture individuelle dans la mobilité ? Peu importe ce que les véhicules ont sous le capot, un moteur thermique, électrique ou une pile à combustible à hydrogène : ils polluent, prennent de la place dans nos villes et tuent. Il ne faudrait pas qu’une hypothétique technologie, défendue à coups de greenwashing par certains constructeurs et industriels (comme Toyota, vous l’aurez compris), nous fasse perdre de vue ce constat. Le scénario à 1,5 °C est en jeu.

Foire aux questions

Comment fonctionne une voiture à hydrogène ?

C’est une voiture électrique équipée d’une pile à combustible qui produit l’électricité à bord. L’hydrogène stocké sous pression dans un réservoir réagit avec l’oxygène de l’air pour générer de l’électricité, de l’eau et de la chaleur. Cette électricité charge une batterie tampon qui alimente le moteur électrique, sans aucun polluant rejeté à l’échappement.

Quelle est l’autonomie d’une voiture à hydrogène ?

Elle varie selon le modèle. Le Hyundai NEXO Nouvelle Génération atteint jusqu’à 826 km, avec un ravitaillement en cinq minutes. Une Toyota Mirai a parcouru plus de 1 000 km avec un seul plein. La recharge est plus rapide que celle d’une voiture électrique à batterie, mais elle impose de trouver une station, encore rare en France.

Quelle marque de voiture roule à l’hydrogène ?

En France, deux constructeurs proposent chacun une voiture à pile à combustible : Toyota avec la Mirai de deuxième génération (78 000 €) et Hyundai avec la Nexo (72 000 €). D’autres marques travaillent sur la technologie, tandis que Volkswagen a renoncé à investir dans l’hydrogène pour ses voitures.

Quel est le rendement d’un moteur à hydrogène ?

Selon le calcul du professeur Tom Baxter, une voiture à hydrogène n’utilise pour rouler que 38 W sur 100 W d’électricité renouvelable produite au départ. Les pertes se font lors de la production de l’hydrogène, de son transport et de sa reconversion en électricité. La voiture électrique à batterie atteint un rendement global de 80 %.

Tous les hydrogènes se valent-ils d’un point de vue écologique ?

Non. L’hydrogène gris, environ 95 % du marché, est fabriqué à partir de gaz naturel. Le bleu ajoute une capture du CO2, mais des études le jugent fortement émetteur. Le vert, produit par électrolyse de l’eau avec de l’électricité renouvelable, est une option bas-carbone, mais sa production reste marginale.