1.    Faisons d’abord le point en matière d’hydrogène :    

      Pour beaucoup de français, c’est un gaz très explosif et à ne pas fréquenter ; et de rappeler l’accident de 2 dirigeables… avec les images de l’un d’eux, revues fréquemment à la télé : d’ailleurs en train de brûler… et non pas d’exploser. Ceci dit, l’H2 ne peut être manipulé n’importe comment, mais les technologies ont fait de grands progrès : on ne stocke plus l’H2 dans de grandes vessies en papier ou en toile mince! La France reste l’un des seuls pays « industrialisés », sans distribution d’H2 sur la voie publique, et donc sans véritable expérimentation de l’H2 dans les transports routiers : dommage !

1.1  L’hydrogène « Réservoir et Vecteur d’énergie » :

      Dans notre pays, il est de bon ton d’admettre que l’H2 aura un avenir, si l’on sait développer à travers lui des moyens de distribution et de stockage de l’énergie: qui utiliseront sa capacité énergétique massique énorme. Ainsi, il remplace déjà de grosses batteries électriques, pour de nombreuses applications avec besoin de puissance et de durée. Pour les batteries électriques sur véhicules, il est généralement admis qu'il reste encore à gagner en volume et/ou en poids d’un facteur 6 à 8. Les batteries électriques restent aussi et toujours de très modestes « réservoirs électriques » (compte-tenu de leur poids, de leur volume et de leur prix), pour les éoliennes, les panneaux solaires photovoltaïques, les barrages hydrauliques, (mais aussi d’autres sources d’énergie électrique, celles-là non renouvelables, mais aussi à production ou écoulement irréguliers). Ces moyens de production d'électricité verront de plus en plus souvent leur électricité transformée en H2, ainsi stockée, et éventuellement distribuée par des canalisations, comme notre gaz naturel.

C’est déjà courant dans quelques régions du canada où l’H2 est ainsi utilisé pour chauffer l’habitat. Mais avec cet H2 stocké, on peut aussi et bien-entendu, refaire de l’électricité (mais quel que soit le procédé, on superpose les moyens, et donc les rendements…en final, celui-ci diminue: c'est alors plus coûteux pour le consommateur final, et aussi plus polluant).

En France, une jeune entreprise, « Mac-PHY-ENERGIE », se distingue par ses réalisations de réservoirs permettant le stockage à relativement basse pression, de l’H2, sous forme d’hydrure à l’état solide, ici sur support magnésium (métal très léger, et avec de très grandes capacités d’absorption et de restitution). Les hydrures de bore paraissent, eux-aussi, promis à un bel avenir.

1.2  L’H2 ne sera pas qu’un " réservoir et vecteur d’énergie" : voici "l’H2-carburant"

A)   Dans les « PAC » (Piles A Combustibles)    

Les PAC transforment (généralement) l’H2 associé à l’oxygène (de l’air, le plus souvent) en EAU et en ELECTRICITE. Les véhicules et autres engins, voire les installations fixes qui seraient ainsi alimentées en H2, restitueraient « proprement » de l’énergie électrique; sur un véhicule, cette électricité alimenterait un ou des moteurs électriques de propulsion. Le principe de la pile à combustible est connu depuis bien longtemps (voir internet), mais peu exploité… et probablement encore peu exploitable. Car le platine reste le catalyseur obligatoire, … et les cours du platine, déjà très élevés, ont été anticipés par certains. Les américains ont lourdement investi il y a  10 ans ou plus, pour que leurs laboratoires trouvent le moyen de remplacer le platine, ou d’en réduire l’importance : avec des résultats pratiques bien minces…

Il faut remarquer qu’on peut remplacer l’H2 par certains composés hydrogénés, souvent liquides, plus faciles à « manipuler » : les propositions de divers laboratoires de recherches sont nombreuses.

Mais l’électricité fournie par une PAC montée sur un véhicule et aussi dans bon nombre d’installations fixes, industrielles ou domestiques, alimente un ou des moteurs électriques… avec des enroulements en cuivre… métal lourd, et lui aussi de plus en plus coûteux.

Depuis des dizaines d’années, les ingénieurs cherchent à remplacer le cuivre par d’autres métaux et alliages bons conducteurs de l’électricité : toujours au détriment de la fiabilité, avec par exemple, des contacts entre pièces ou fils qui se dégradent suite à oxydation simple ou électro-corrosion.

On remarquera aussi que l’électricité, qui semble relativement bon marché, (surtout si elle est d’origine nucléaire…et les supers centrales nucléaires de demain feront beaucoup mieux encore), si elle était taxée comme les produits pétroliers distribués pour nos véhicules, … deviendrait aujourd’hui très coûteuse...plus que le pétrole dans nombre de pays!

B) Et l’H2 « thermique », à brûler: dans les chaudières ? et les moteurs thermiques ?

      Rappel : En brûlant, avec par exemple l’oxygène de l’air, l’hydrogène donne de l’eau : et donc, une pollution nulle ; si par ailleurs, il s’agit soit d’hydrogène naturel – la terre regorgerait de plusieurs siècles de réserves(?) – soit d’hydrogène issu par exemple de l’électrolyse de l’eau, via de l’électricité « verte » (éolienne, photovoltaïque,…), le cycle non polluant et renouvelable est parfait.(en réalité, quasiment parfait, presque parfait.) Et l’eau « consommée » est « restituée ».

è Au Canada, par exemple, on distribue depuis longtemps l’H2 pour des besoins industriels et domestiques : se chauffer, faire fonctionner les installations motorisées d’usines, etc… Il s’agit de réseaux de distribution de l’H2 sous pressions faibles (quelques bars). A noter que les Pays-Bas sur l’ile d’Ameland, ont testé la distribution et l’utilisation, entre 2007 et 2011, du mélange 70% gaz naturel et 30% d’H2. Résultats très positifs, le mélange est aussi énergétique, et depuis 2012, test sur place avec production et stockage massif d’H2 produit par :

o  - la biomasse

o   - le solaire      

o   - le vent.

Petit inconvénient : les sections des canalisations sont plus importantes que celles du gaz naturel, car si l’H2 est plus de 2,5 fois plus énergétique que le gaz naturel par unité massique, l’H2 est hélas, à l’état libre (ou peu comprimé), beaucoup plus léger que celui-ci.

Enfin, attention aux fuites, car l’atome de l’H2 est aussi le plus petit de l'univers. Mais dans divers pays, on a appris à faire des réseaux étanches et fiables. A remarquer aussi : l’H2 qui fuit, gaz le plus léger de la création, s’échappe vers le haut; pas de nappes lourdes stagnant au sol, dans les caves et les parkings, les ventilations naturelles sont prévues et sont très efficaces. Et si ça brûle, ce sera au-dessus des locaux où la fuite s’est produite, si les ventilations sont bien faites !

è Et pour les moteurs thermiques ?

En France, et sauf erreur… toujours pas de distribution d’H2 sur la voie publique. Français, réveillons-nous ! Les penseurs du « tout-électrique, ont 50 ans d’avance… ; en attendant, les « autres » font : un moteur thermique dont le rendement en utilisation est de 60%, (nous atteignons ce rendement sur nos moteurs à pistons rotatifs, et visons les 75%), au lieu de 25% : c’est plus de 2 fois moins de consommation de carburant, et plus de 2 fois moins de pollution. Et avec l’H2 (d’origine naturelle, ou énergie renouvelable), c’est presque 0 pollution.

En Suède, on teste la voiture « RX-8 » à H2, du japonais MAZDA : à moteur thermique à pistons rotatifs (type WANKEL : très amélioré, fiable et restant simple).

Aux USA : on loue ce même véhicule, entre Boston et Seattle, itinéraire équipé de station-services à l’H2 sous 350 bars. (Compte-rendu d’utilisation : revues automobiles et… le journal de la MACIF, il y a 2 ans environ).

Les Allemands MERCEDES et BMW ont présenté des modèles expérimentaux proposés en location, de véhicules à moteurs thermiques à pistons classiques : au prix de difficultés de réalisation, avec des rendements faibles, mais la tentative est intéressante, et marque l’intérêt pour l’H2. Et c’est, pour ces industriels, l’occasion de se forger une technologie (matériaux, soudures, assemblages,…).

D’autres européens, des américains, et un japonais MAZDA, ont compris l’intérêt du moteur thermique rotatif, utilisé avec les carburants pétroliers ou avec l’H2 : à suivre…

En France, essais d’H2 mélangé (environ 20%) au gaz naturel sur quelques autobus expérimentaux testés à Dunkerque : 4 bus circulent ainsi, depuis 3 ou 4 ans, maintenant parfaitement intégrés et en lignes. Pourtant, on n’en parle guère, et les résultats ont été présentés en 2011, les 1ers essais, faits sans passagers, datent de 2005 !

2.    Mais l’H2-carburant, d’où provient-il ?

2.1  De produits pétroliers, essentiellement gazeux : c’est de loin le plus courant, c’est ainsi qu’on le produisait au départ pour les besoins de l’industrie : soudage, découpe, fours à atmosphère réductrice, … C’est cher et polluant, et consommateur…de gaz (ou pétrole) naturel.

2.2  De l’électrolyse de l’eau : coûteux, car rendement faible. Le procédé s’améliore. Associé à une production d’électricité issue d’énergies renouvelables, le procédé est écologique.

2.3  De l’action chimique d’acides sur des métaux : Pour mémoire, on remplissait ainsi les enveloppes des ballons et des dirigeables. Des laboratoires de recherche expérimentent encore.

2.4  Du sous-sol terrestre, y compris du fond des océans : réparti sous toute la planète, facile à repérer, il y aurait plusieurs siècles de consommation généralisée de l’H2. A suivre.

Remarque : Dans le sous-sol français, on ne sait pas! Curieux, non ? Craint-on déjà de devoir envisager une future exploitation ?

3.    Et les essences synthétiques ?    

3.1  En Espagne, par exemple, on a dépassé le stade du laboratoire de recherche fondamentale, et, dans le monde, diverses petites unités de production expérimentales existent… certes encore non « rentables », face au pétrole et au gaz naturel. Les micro-organismes associés par exemple à des algues et au soleil, devraient prendre le pas, enfermés dans des réacteurs produisant localement ou dans d'énormes réacteurs, sur les cultures dévoreuses d’espaces fertiles.

3.2  Remarquons aussi que :

  3.2.1     D’un côté, on dispose de ressources immenses:

              3.2.1.1        En CO2 : où le stocker indéfiniment ?... et qu’en faire? ( Même si on incite à en produire de moins en moins, … dans les pays industrialisés.)

              3.2.1.2        Et en H2 naturel ? prise de conscience très récente, véritable découverte… française parait-il. A suivre…

  3.2.2     De l’autre côté, il faut bien dire qu’utiliser des carburants liquides, c’est tout de même le plus simple et le plus « sécurisant » : de grands moyens de production, répartis à la surface du globe, qui naitraient avec les besoins locaux, ne sont-ils pas réalisables? Qu’en pensent les pétroliers eux-mêmes ? Les productions, de gaz peut-être, mais surtout d'essences artificielles, devraient être maintenant rentables.

4.    Conclusions

La sagesse, la cohérence du raisonnement, incluant les coûts de production et d’exploitation… avec les taxes et les besoins en énergies propres, nous amènent à conclure que :

4.1  Le tout électrique, c’est pas pour demain : cette énergie, non naturelle, est très difficile et/ou coûteuse à stocker ; et plus de 50 ans de recherches fondamentales et parfois d’applications laissent à penser que les progrès qui sont indispensables demanderont encore des dizaines d’années d’efforts. (PAC, batteries, moteurs sans cuivre…). Par ailleurs, la « condamnation » actuelle du nucléaire contribuera au retard dans l’avènement du tout-électrique généralisé. Il faudra laisser le temps au temps, ... et attendre le possible bon accueil du « super-nucléaire » (peu de combustible avec très peu de rejets radioactifs, et uniquement sur des périodes courtes).

4.2  L’hydrogène, H2, va devenir rapidement, seul ou mélangé, non seulement un vecteur d’énergie commun, mais aussi un combustible commun.

4.3  Des essences et gaz artificiels vont rapidement apparaître sur le marché », mélanges ou non aux produits pétroliers habituels.

4.4  Les moteurs thermiques embarqués sur tous les véhicules et engins exigeant de grandes puissances et de grandes autonomies (ravitaillements fréquents impossibles, ou trop longs, ou trop coûteux,…), auront des rendements, en utilisation, d’au moins 60% et bientôt de 70 à 75%. Ils consommeront donc plus de 2 fois moins de carburant, et pollueront en proportion. (Note : certains poids lourds routiers sont déjà proches de ces performances.) Le CO2 qu’ils produiront sera recyclé en carburants artificiels.

4.5  Le moteur rotatif lent et à fort couple de demain, par sa simplicité, sa fiabilité, sa légèreté, son aptitude à utiliser l’H2 – gaz comme les carburants liquides, dominera bientôt les productions dans les applications les plus diverses (avions de tourisme, tondeuses à gazon, automobiles, ..)

4.6  En fonction des besoins, différentes énergies, et différents moteurs, cohabiteront. Tout comme la bicyclette, le chemin de fer, l’automobile, l’avion et les paquebots, par exemple, sont des moyens de transport contemporains, diversifiés et complémentaires les uns des autres.

Philippe LAURENT        

Ingénieur A et M.        

Finaliste du prix Chéreau-lavet 2010 de l’ingénieur-inventeur        

Concepteur-constructeur et pilote de l’avion expérimental LYNX-PL-01 (en vol depuis déc. 2008)



A voir aussi :

1er vol du Lynx
Le Lynx en quelques mots

Le refroidissement en question
Le moteur Wankel : l'aventure du piston rotatif

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