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POURQUOI L’HYDROGÈNE ?

Le principal avantage de la voiture à hydrogène est d’ordre environnemental. En effet, un véhicule à hydrogène ne rejette qu’un élément : la vapeur d’eau. Et pour cause, il ne consomme pas directement d’énergie fossile et n’émet ni dioxyde de carbone ni polluants atmosphériques. Outre cet aspect, cette voiture fonctionne avec une batterie beaucoup plus petite que celle d’un véhicule 100% électrique. De fait, son utilisation à grande échelle permet une réduction des besoins en lithium.

HYDROGÈNE

Qu’est ce que l’hydrogène ?

L’avantage de l’hydrogène par rapport à l’électricité, est qu’on peut le mettre dans des citernes, voire l’injecter dans des réseaux. On peut facilement le déplacer sous diverses formes vers les lieux en manque d’énergie sur des milliers de kilomètres entre les lieux de production (à faible demande, donc bas prix) et les lieux de consommation (à faible production, donc prix élevés) ou de stockage pour les besoins divers ou futur.

Comme les véhicules électriques, le véhicule à hydrogène n’émet aucun bruit car dans les systèmes PAC (pile à combustible), seuls certains organes comme les compresseurs, les pompes, le système de ventilation, produisent un léger bruit. Les émissions sonores de la pile à combustible sont d’environ 58 décibels à 10 m.

Comment stocker l’hydrogène ? HYDROGÈNE

LE STOCKAGE LES DIFFÉRENTS ÉTATS DE L’HYDROGÈNE Un concentré d’hydrogène liquide à moins 33 °C, ou sous une dizaine de bars à température ambiante, donc infiniment plus facile et économique à stocker et transporter que l’hydrogène pur.

Utilisation Des prototypes de pile à combustible à céramique protonante de 500 W et 1 kW alimentés par l’ammoniac ont été en développement. L’ammoniac, réagissant avec le dioxygène de l’air, est alors entièrement dissocié en eau et diazote. Le rendement pour de l’ammoniac pur atteint 70 % à une température de 800 °C, avec des émissions très faibles de l’oxyde d’azote Sous forme d’hydrogène, en le décomposant par craquage à haute température (400 à 800 °C) catalysé par un métal pour ainsi récupérer du dihydrogène et du diazote. L’ammoniac est alors un moyen de stockage et de transport de l’hydrogène, dont l’efficacité est élevée (99,99 % de l’ammoniac dissocié) et le coût abordable.

Comme solution de stockage d’énergie, il peut représenter une alternative à l’hydrogène, les conditions nécessaires étant comparables à celles des hydrocarbures gazeux ou liquides. Il pourrait alors être stocké en volume suffisant pour adapter une production intermittente et saisonnière aux besoins fluctuants de la consommation, avec un rendement de production (évoqué plus haut) de 70 %.

Risques Le danger est la toxicité car une forte exposition de quelques minutes peut être mortelle. Une concentration de 1% inhalée pendant 1 heure à un risque de mortalité de 1%. En revanche, l’ammoniac est très peu inflammable ; les précautions à prendre pour un véhicule sont comparables à celles du GPL. En cas de combustion, la production d’oxydes d’azote peut cependant s’avérer toxique si les conditions ne sont pas contrôlées.

En station

Les stations de recharge doivent être en mesure de distribuer l’hydrogène à 350 bars et/ou 700 bars. L’hydrogène livré principalement par camion à une pression de 200 bars. Elle est ensuite montée en pression par un compresseur inclus à la station puis stocké dans des bouteilles appelées «buffer».

La chaîne de propulsion APPLICATIONS

LES ÉLÉMENTS DE LA CHAÎNE DE PROPULSION LE MOTEUR ÉLECTRIQUE L’inverseur ou Electronique de puissance Il sert principalement à convertir le flux continu haute tension de la batterie et de la pile hydrogène en courant alternatif, seul exploitable par le(s) moteur(s) embarqué(s) dans le véhicule hydrogène. L’inverseur sert aussi à réguler le régime et le couple de la motorisation. Cette motorisation devient générateur lors des décélérations, en rechargeant la batterie tampon.

Le(s) réducteur(s)

Le convertisseur contrôle la puissance à la sortie de la pile à combustible ainsi que la charge et la décharge de la batterie dans les diverses conditions de conduite. Il permet d’augmenter la tension à la sortie de la pile à combustible jusqu’à 650 volts afin de perdre le moins d’énergie possible.

Le réducteur amplifie le couple en adaptant le régime des moteurs électriques en fonction des commandes actionnées par le conducteur.

Le convertisseur

Chaîne de propulsion Renault Scenic ZEV H2 1. Réservoir d’hydrogène 2. Batterie de puissance 3. Pile à combustible 4. Moteur électrique et boîte 5. Transmission 6. Compresseur d’air 74

7. Filtre à air 8. Électronique de puissance (PDM : power delivery module) 9. Radiateur de refroidissement 10. Capteurs d’hydrogène

ANNEXES

Réglementations et formations

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RÉGLEMENTATIONS

Les équipements mettant en œuvre l’hydrogène-énergie, électrolyseur, compresseurs, réservoirs de stockage, piles à combustible, se voient appliquer une réglementation et une normalisation qui se sont peu à peu adaptées et précisées au cours du temps. Néanmoins, au vu du déploiement de cette filière hydrogène énergie vers son utilisation par le grand public, des améliorations sont encore nécessaires. Par exemple, cela est prévu par la planification européenne de la sécurité hydrogène établie en 2019 “Safety planning for hydrogen and fuel cell projects”.

Les projets ANNEXES

LES PROJETS EUROPÉENS

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PROJET MOBYPOST

Description :

Objectif :

Dans ce projet, l’IFSTTAR qui intervient comme tierce partie de l’UTBM et participe aux taches de conception de la chaine de traction à pile à combustible des véhicules (dimensionnement énergétique, hybridation, simulations avec VEHLIB, validations expérimentales sur bancs et prototypes), aux processus d’homologation des véhicules et à l’analyse des données d’expérimentation en usage réel.

Les objectifs sont multiples : conception d’une flotte de véhicules spécifiques à chaine de traction électrique à pile à combustible et dédiés à la distribution de courrier (critères de dimensionnement énergétiques vis-à-vis de l’usage, hybridation, ergonomie spécifique pour la distribution facilitée du courrier. (Flotte de véhicule instrumentée et communicante). Démarche d’innovation technologique associée aux contraintes normatives pour bénéficier des homologations nécessaires à la circulation normale des véhicules sur la voie publique. Mise en œuvre de deux infrastructures de production d’hydrogène à partir de l’énergie solaire sur des sites de La Poste. Assurer le fonctionnement et l’évaluation, pendant une année d’exploitation, de l’ensemble de la chaine des 10 véhicules sur 2 sites dans le cadre de l’usage réel de distribution du courrier.