A quand les piles a combustible à hydrogène dans les voitures ?

Une technologie a fait progressivement parler d’elle ces dernières décennies : la pile à combustible à hydrogène. Cette technologie possède de nombreux avantages mais les coûts et les développements techniques encore à réaliser freinent fortement son utilisation par le grand public. La société de conseil et d’aide à la décision ALCIMED a étudié la façon dont la pile à combustible à hydrogène tente de se faire une place sur le marché mais, au vu des freins actuels, le marché de l’automobile, marché ne semble atteignable qu’à l’horizon 2030. Présentation.

La pile possède avant tout un intérêt environnemental : les sous-produits engendrés sont totalement non-polluants (eau et chaleur). En plus de ces qualités environnementales, plusieurs autres atouts avaient été mis en évidence. Tout d’abord, la diversité des sources de production de ce gaz permet d’envisager une stabilité plus importante des prix que pour les carburants traditionnels. De plus, l’hydrogène constitue un vecteur énergétique stockable, contrairement à l’électricité.Mais ce n’est pas tout ! La pile à hydrogène est silencieuse et délivre un courant de très bonne qualité. Tel n’est pas le cas de nombreux groupes électrogènes, qui font, en outre, fréquemment l’objet de vols. De plus, l’autodécharge et les temps de recharge des batteries, qui peuvent être contraignants, sont évités avec la pile. Quant aux énergies solaire et éolienne, il va de soi que la dépendance aux conditions climatiques reste un réel inconvénient, ce qui n’est pas le cas avec la pile.Plusieurs types de piles à combustible existent. Le carburant peut être stocké sous forme d’hydrogène, ou encore sous forme de méthanol ou d’éthanol,… reformé sur place pour produire de l’hydrogène. Nous nous consacrerons ici plus spécifiquement aux piles utilisant directement de l’hydrogène.

Les associations et le programme H2E

Pour soutenir le développement de la technologie ainsi que la mise en place et la consolidation de la filière hydrogène, de nombreuses associations se sont créées : en Europe, le FCH (Fuel Cells & Hydrogen), dont la commission européenne est membre et la EHA (European Hydrogen Association), aux Etats-Unis, la NHA (National Hydrogen Association). Elles se sont notamment fixé pour objectif de contribuer au développement de la technologie et à l’accélération de sa commercialisation. Ces objectifs sont poursuivis à travers le financement de projets de recherche, de démonstrateurs, par le lancement d’appels à projets, ou par des actions de communication auprès du public.Parmi les projets soutenus, le programme Horizon Hydrogène Energie (H2E) s’est vu accorder en octobre 2008 un financement de 67,6 millions d’euros par la Commission Européenne. Ce programme représente un investissement total de près de 200 millions d’euros sur 7 ans. Il rassemble une vingtaine d’industriels, PME et des laboratoires de recherche publics français. L’objectif est de construire et de consolider la filière hydrogène-énergie. Les actions se porteront à la fois sur le développement de technologies (notamment de production et de stockage de l’hydrogène), sur le cadre règlementaire et sur des interventions auprès du grand public.

Une technologie qui fait rêver les constructeurs automobiles

La pile à hydrogène apparaît comme une solution très intéressante pour les utilisateurs et les constructeurs automobiles : la technologie rend envisageable l’idée d’une voiture totalement non polluante. « Le secteur automobile constitue un objectif très attractif pour les gaziers et les fabricants de piles à combustible à hydrogène puisqu’il représente un défi technologique à relever, mais surtout un important marché à conquérir. Pourtant, des coûts encore trop élevés, un stockage encore trop encombrant ainsi qu’une difficile acceptation du public face à ce nouveau mode de fonctionnement, ne font de l’automobile un marché envisageable qu’à long terme », précise Jean-Philippe Tridant-Bel, directeur de l’activité Energie et Environnement d’ALCIMED.

Les applications actuelles de la pile à hydrogène

C’est pourquoi, avant de se lancer sur le marché de l’automobile, les promoteurs de la pile à combustible s’intéressent à d’autres applications d’alimentation électrique :

parmi les applications stationnaires : les systèmes de secours électriques et l’alimentation d’équipements en sites isolés;
au sein des applications portables : les générateurs électriques portables et l’alimentation de matériel militaire, d’ordinateurs ou de téléphones portables ;
et parmi les transports : les véhicules spéciaux (les chariots élévateurs, les équipements d’aéroport…) et les « mini transports » destinés au grand public (voitures de golf, fauteuils roulants, scooters…).

Ces marchés précurseurs vont permettre aux promoteurs de multiplier les expériences et de consolider les connaissances sur une technologie encore récente sur le marché. Ce déploiement leur permettra ainsi d’apporter les améliorations techniques nécessaires à l’utilisation de la pile à combustible à hydrogène dans les voitures, tout en diminuant les coûts. Le développement des piles à hydrogène sur ces marchés est également un moyen indispensable de sensibiliser le public à la technologie et aux contraintes liées au stockage de l’hydrogène (en termes d’encombrement et de sécurité). Des offres sont d’ores et déjà disponibles sur le marché. Sur les applications stationnaires, des piles sont en vente pour le secours de systèmes critiques nécessitant une alimentation électrique de remplacement en cas de défaillance du réseau. C’est le cas pour des systèmes informatiques ou les télécommunications. Des générateurs électriques à hydrogène portables existent pour les campings cars.Ces dix dernières années, le secteur des transports a vu se mettre en place de nombreux projets et démonstrateurs. Des piles sont déjà disponibles pour des vélos, des scooters, des fauteuils roulants, des bus… Des programmes se mettent en place par exemple l’aéroport de Munich a lancé en 1997 un programme visant à utiliser de l’hydrogène dans certains de ses bus et chariots élévateurs. D’autres projets permettent de sensibiliser le public à la nouvelle filière qui se met en place. Le projet Hychain lancé en 2006 en Europe en est un exemple. L’objectif est de permettre à des utilisateurs de tester des scooters, tricycles, fauteuils roulants, petits véhicules utilitaires et minibus alimentés par une pile à hydrogène.Parmi les fabricants, on compte notamment les canadiens Ballard et Hydrogenics, les américains Plug Power et IdaTech, ainsi qu’Axane en France, filiale du groupe Air Liquide. En 1994, le premier prototype de Daimler Chrysler a démontré la viabilité technologique de la pile à combustible dans le domaine automobile. Depuis, les constructeurs automobiles tels que BMW, Mercedes, Volkswagen, Ford et General Motors ont chacun lancé des prototypes dans ce domaine. Récemment, Toyota a présenté son prototype 5 FCHV-Adv lors du salon de Genève.

Les freins au développement et au déploiement de la technologie

Malgré la multiplication des démonstrateurs, des développements techniques sont encore attendus concernant le stockage de l’hydrogène et la durée de vie des membranes utilisées dans les cellules électrochimiques. Ces améliorations sont indispensables, d’autant plus que les technologies concurrentes, telles que les batteries lithium-ions, font elles-mêmes l’objet d’innovations continues. Par ailleurs, son coût reste aujourd’hui très élevé. D’une part, la membrane et le catalyseur en platine nécessaires à la pile sont très onéreux ; d’autre part, la production et la distribution d’hydrogène sont coûteuses. Enfin, un des obstacles que la pile devra affronter, et non des moindres, reste la sécurité. En effet, si certains constructeurs assurent que leurs équipements sont parfaitement sécurisés, c’est avant tout la confiance des utilisateurs qu’il faudra acquérir.

De l’hydrogène dans nos voitures en 2030 ?

Si les obstacles à l’entrée de la technologie sur le marché existent, nombreux sont les efforts mis sur la pile à hydrogène. D’après le FCH, le but est d’introduire la pile dans l’automobile d’ici 2015-2020. Mais le chemin semble actuellement difficile à suivre. Il faudra attendre 2030 pour commercialiser des voitures à hydrogène. « La pile à combustible alimentée en hydrogène doit donc avant tout se faire une place auprès des autres technologies sur les marchés déjà identifiés, avant de pouvoir se lancer sur le marché de l’automobile », explique Alexandre Graët, consultant au sein de la BU Chimie et Matériaux d’Alcimed. La question reste alors en suspens : la pile réussira-t-elle à s’imposer sous les carrosseries automobiles et surtout dans combien de temps ?