Le Moteur à Hydrogène : Une Révolution pour l’Avenir des Transports

Avec l’urgence de la transition énergétique et la réduction des émissions de gaz à effet de serre, les moteurs à hydrogène se profilent comme une alternative écologique et prometteuse aux moteurs thermiques traditionnels. Ces moteurs, qui fonctionnent à l’hydrogène, pourraient bien changer la donne dans l’industrie automobile, les transports en commun, et même le secteur industriel. Mais comment fonctionnent-ils, et quels sont les défis et les perspectives liés à cette technologie ?

Découvertes du potentiel des gaz d’hydrogène

• 1799 : Philippe Lebon réalise un « gaz d’hydrogène » à partir de bois, composé d’au moins 50% de dihydrogène. Il estime que ce gaz pourra généré une énergie applicable à toutes les machines.
• Vers 1800, l’anglais William Murdoch, Philippe Lebon, l’allemand Frédéric-Albert Winsoret le belge Jan Pieter Minckelersdécouvrent à peu près à la même époque le gaz de houille (gaz hydrogène carboné). Il contient 50% de dihydrogène, 32% de méthane et 8% de monoxyde de carbone. Ce gaz sert d’abord à l’éclairage.
• 1867 : Nikolaus Otto réalise un moteur fonctionnant au gaz de houille plus perfectionné de 4 chevaux. En 1872, il Otto créé Deutz AG avec Gottlieb Daimler. La société est spécialisé dans la fabrication de moteurs à explosions (Gottlieb Daimler quittera Deutz en 1882 pour fonder à Stuttgart la société qui deviendra Mercedes Benz). Les moteurs à gaz et les inventions de Deutz contribueront au succès de l’industrie automobile allemande et des constructeurs comme Deutz AG, Daimler AG, Mercedes-Benz et BMW.
• 1883 : l’Hippomobile d’Étienne Lenoir parcourt 9 kilomètres entre Paris et Joinville-le-Pont. L’Hippomobile est équipée d’un moteur hydrogène à quatre temps utilisant le cycle Beau de Rochas.

Qu’est-ce qu’un moteur à hydrogène ?

Un moteur à hydrogène fonctionne grâce à la pile à combustible. Contrairement aux moteurs thermiques classiques qui brûlent du carburant pour générer de l’énergie, un moteur à hydrogène produit de l’électricité à partir de la réaction entre l’hydrogène et l’oxygène. Dans une pile à combustible, l’hydrogène est introduit et réagit avec l’oxygène de l’air pour générer de l’électricité, de la chaleur et de l’eau (sous forme de vapeur) comme seul sous-produit. Cette électricité alimente ensuite un moteur électrique qui propulse le véhicule.

L’énorme avantage de cette technologie est qu’elle ne produit aucune émission polluante. Les moteurs à hydrogène émettent uniquement de la vapeur d’eau, ce qui les rend particulièrement attractifs dans la lutte contre le réchauffement climatique.

En parallèle, la pile à combustible avance

En parallèle, des découvertes ont lieu sur la pile à combustible :

• 1939 : Christian Schönbein, chimiste allemand naturalisé suisse, découvre les propriétés de  l’électrolyse de l’eau, ce qui sera à l’origine de la pile à combustible.
• 1842 : William R. Grove a réalisé un prototype de pile à combustible en laboratoire,
• 1932 : après un siècle sans grandes avancées, les études sur la piles à combustible sont reprises par Francis T.Bacon. Entre temps, d’autres générateurs électriques, moins chers à fabriquer que la pile à combustible, ont prospérés.
• 1953 : un prototype de 1kW est créé,
• 1959 : un prototype de 5kW est réalisé. il servira de modèle aux piles à combustibles qui seront utilisées pour les missions spatiales Apollo.
• 2007 : le Japon, pays leader dans la production de batterie pour le stockage de l’électricité, reprend l’initiative sur la pile à combustible. Le pays édite des règles, normes et standard sur la fabrication et la sureté des piles à combustibles.

Comment est fabriqué l’hydrogène ?

Bien que l’hydrogène soit l’un des éléments chimiques les plus répandus dans l’univers, son isolation n’est pas une tâche facile. Il existe plusieurs méthodes de production, telles que la reformage, la gazéification, l’électrolyse, et bien d’autres. L’hydrogène figure parmi les atomes les plus petits que l’on trouve sur Terre. Foisonnant, il ravit les raffineries, les industries métallurgiques et même les fabricants de piles à combustible. Cependant, sa disponibilité s’accompagne d’une certaine complexité d’extraction. Dans leur état naturel, ces atomes sont constamment incorporés dans des molécules. Pour les séparer, il est nécessaire de couper systématiquement les liens qui les associent à d’autres atomes, en particulier le carbone (C) ou l’oxygène (O).

L’hydrogène peut être produit à partir de nombreuses sources et de différentes manières pour être utilisé comme carburant. Les deux méthodes les plus courantes sont le reformage du méthane à la vapeur et l’électrolyse (séparation de l’eau et de l’électricité) . Les chercheurs explorent d’autres méthodes ou filières de production d’hydrogène.

Les Avantages des Moteurs à Hydrogène

Les moteurs à hydrogène présentent plusieurs avantages par rapport aux autres technologies de propulsion, notamment les moteurs à combustion interne et les moteurs électriques classiques malgré une pollution a la création.

1. Réduction des émissions polluantes
   Le principal atout des moteurs à hydrogène est leur impact environnemental réduit. En ne rejetant que de la vapeur d’eau, ces moteurs permettent de réduire considérablement la pollution de l’air, en particulier dans les zones urbaines.
2. Autonomie supérieure et recharge rapide
   Les véhicules à hydrogène offrent généralement une **autonomie plus

Les deux grandes familles de voitures à hydrogène

Lorsque l’on parle de voitures à hydrogène, on regroupe en fait dans une seule et même famille deux types de technologies qui utilisent l’hydrogène appliquée à l’automobile :

Voitures à moteur à hydrogèneCes voitures utilisent un moteur à hydrogène en lieu et place du moteur à explosion. Dans ce cas, l’hydrogène remplace l’essence ou le diesel pour faire fonctionner le véhicule.La combustion du dihydrogène (H2) et du dioxygène (O2) de l’air permet de générer de l’énergie mécanique qui met en mouvement des pistons. Le sous-produit de la combustion est de l’eau (H2O).

Voitures à pile à combustibleA la place d’une batterie, ces voitures électriques stockent l’énergie dans une pile à combustible : de l’électricité est produite à partir de la réaction d’oxydation-réduction entre l’hydrogène et l’oxygène de l’air.L’électricité produite par la réaction est utilisée par un moteur électrique pour mettre en mouvement le véhicule.

Dans les deux cas, la voiture à hydrogène est considéré comme propre puisque la réaction chimique qui permet de générer de l’énergie n’a pour sous produit que de l’eau (H20). Le défis de ces deux technologies de voitures à hydrogène repose dans la production, l’approvisionnement et le stockage de l’hydrogène, ou plus exactement du dihydrogène.

 Selon les chiffres du nouveau rapport Global EV Outlook 2023 de l’Agence internationale de l’énergie (AIE). Le nombre de véhicules électriques à pile à combustible en circulation à travers le monde a augmenté de 40 % entre 2021 et 2022, totalisant plus de 72.000 véhicules. Si la progression est significative, elle reste néanmoins très en deçà de celle des modèles électriques et hybrides rechargeables.