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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 avantages et inconvénients face à l’électrique ?
Une mise au point pour débuter
Une voiture à hydrogène est, en fait, une voiture électrique qui fabrique sa propre électricité à bord grâce à une pile à combustible. 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 zéro émission GES, comme l’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, dans un article daté du 11 août 2021 : 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. Et que ce soit pour le train, l’avion ou la voiture, l’hydrogène n’est pas une source d’énergie. Comme le vent ou le soleil, il faut le fabriquer.
On en distingue trois sortes :
- l’hydrogène « gris », fabriqué à 95 % à partir de gaz naturel, d’origine fossile, non renouvelable et représente 95 % du marché
- l’hydrogène « bleu » , produit de la même façon mais cette fois avec recapture du CO2. Il se révèle fortement émetteur selon les dernières études.
- l’hydrogène « vert », produit sans émissions de CO2, à partir de sources renouvelables.
Au moins, lorsque vous lirez des articles sur la « révolution hydrogène » qui ne mentionne pas sa fabrication, vous saurez qu’il manque une bonne partie du chemin.
Voiture à hydrogène : où en est-on ?
Une pépite, 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 pour les véhicules se durcit et la voiture électrique rencontre des critiques - fondées - de plus en plus virulentes. Et ses promesses devraient faire de la voiture à hydrogène une priorité pour tous les constructeurs : « zéro émission » lors de son utilisation, une recharge plus rapide qu’une voiture électrique et une autonomie plus importante (la Toyota Mirai a notamment roulé plus de 1000 km avec un seul plein). Bref, la voiture à hydrogène et sa pile à combustible présente des caractéristiques alléchantes pour l’avenir d’un secteur automobile qui doit urgemment se verdir.
Un marché qui reste anecdotique
Mais on n’y est pas. Actuellement, deux constructeurs automobiles seulement proposent chacun une voiture équipée d’une pile à combustible en France. Toyota avec la seconde génération de la Mirai (78 000 euros) et Hyundai avec sa Nexo (72 000 euros). En 2020, c'est le véhicule à pile à combustible le plus vendu au monde. Et les autres ? De nombreux constructeurs y travaillent, dont Peugeot et BMW qui ont tous deux annoncé des véhicules pour 2022. Honda, Mercedes, Land Rover et Renault sont aussi sur les rangs. Le constructeur Volkswagen, lui, a renoncé à tout investissement dans l’hydrogène.
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 et sa pile à combustible ont besoin de stations. Force est de constater avec cette carte, qu’il vaut mieux habiter en région parisienne plutôt qu’à Mulhouse. Et leur expansion va se faire tranquillement, avec 100 stations prévues en France d’ici la fin 2023. Cela montera entre 400 et 1 000 d’ici 2028.
Comment fonctionne le moteur d'une voiture à hydrogène ?
Une technologie bien différente du moteur électrique
Le moteur à hydrogène dispose d’une pile à combustible alimentée par de l’hydrogène stocké sous pression et par l’air ambiant soufflé par un compresseur. L’hydrogène et l’oxygène de l’air provoquent une réaction qui produit de l’électricité et qui charge la batterie tampon alimentant le moteur électrique. L’énorme avantage de cette réaction est qu’elle ne rejette que de l’eau, comme l’aime à le rappeler Toyota, obtenue par combinaison de l’hydrogène et de l’oxygène.
La fabrication de la voiture hydrogène pose 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. Loin d’être verte, dans le cas de l’hydrogène. Rappelons en effet qu’au niveau mondial, l’hydrogène est produit à 95 % à partir d’énergies fossiles… Le procédé industriel majoritaire pour en produire consiste à faire réagir le méthane avec de l’eau pour obtenir un mélange contenant de l’hydrogène et du bon vieux dioxyde de carbone. En Europe, sa production représente déjà 4 % de rejets de CO2, autant que l’avion. Pour une énergie vraiment propre, va falloir repasser.
Voiture hydrogène : des promesses difficiles à tenir
Pour pallier aux 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 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, ce que nous produisons aujourd’hui à 94% à partir d’énergies fossiles, il faudrait mobiliser à plein temps 5 gros réacteurs nucléaires. Et le plan Hulot ambitionne d’atteindre 30% d’hydrogène vert d’ici 2028. Ça fait peu.
Avantages et inconvénients de la voiture hydrogène par rapport aux voitures électriques
Il est l’heure de la confrontation avec les autres voitures dans la course pour décarboner l'industrie automobile, les voitures à batteries électriques. Qu’en est-il de la perte d’énergie et de leur bilan carbone ?
Perte d’énergie : la voiture électrique domine
Tom Baxter, professeur de génie chimique à l'université d'Aberdeen, cité par Futura, a calculé le rendement énergétique de chaque technologie, et la voiture électrique domine largement. Et pour comprendre pourquoi la voiture à hydrogène perd davantage d’énergie, il faut se pencher sur la manière dont celle-ci est produite puis utilisée par le moteur à hydrogène : pour 100 watts d'électricité produite par une source renouvelable telle qu'une éolienne, seulement 38 watts sont effectivement utilisés pour conduire. Dans le détail, 25 % est perdu lors de la transformation de la source d’énergie en hydrogène, 10 % lorsqu’il est comprimé, réfrigéré et transporté à la station d'hydrogène, 40 % lorsqu’il est transformé en électricité dans le véhicule et enfin, 5 % d'énergie sont perdus lorsque l'électricité est utilisée dans le moteur pour déplacer ce véhicule.
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 % ».
Ajouter une petite phrase de conclusion : la voiture électrique est moins énergivore
Bilan carbone : la voiture à hydrogène prend sa revanche
Le cabinet Deloitte a calculé que le bilan carbone (fondé sur l’ensemble du cycle de vie : construction, utilisation, recyclage et fin de vie des véhicules) de la voiture à hydrogène est de 130 à 230 g de CO2 par km, contre 160 à 250 g pour la voiture électrique. La voiture thermique est entre 180 à 270 g. Les véhicules électriques émettent davantage à cause de la production des batteries, l'extraction de lithium et de métaux rares. Ces chiffres sont aussi à replacer dans un contexte où la production d’électricité est encore majoritairement fossile (62 % dans le monde en 2019). Lorsque l'électricité est produite avec des énergies renouvelables telles que l'éolien ou le solaire ou décarboné comme le nucléaire, le bilan est bien plus favorable à la voiture électrique.
La voiture à hydrogène à 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. Des nouvelles promesses apparaissent comme l’autonomie, la recharge express, le gaz propre, la batterie recyclable… Pourtant la réalité est beaucoup moins enthousiasmante pour l’hydrogène et la voiture en général.
Des constructeurs comme Toyota et Hyundai qui patinent. D’autres qui tardent à vouloir se lancer dans le moteur à pile à combustible. Des coûts qui restent très élevés à la production de l’hydrogène et à l'achat des voitures. Une dépendance aux énergies fossiles encore trop importantes. Une transition vers l’énergie renouvelable incertain… 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 fin de la voiture individuelle ? Puisque peu importe ce que les véhicules ont sous le capot, un moteur thermique ou électrique où une pile à combustible pour l'hydrogène, ils polluent, prennent de la place dans nos villes et tuent. Il ne faudrait pas qu’une hypothétique technologie, défendue à coup 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.
