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RÉSUMÉ
La mobilité est en évolution technologique et sociétale. Nous assistons à une mutation rapide vers la mobilité électrique principalement aujourd’hui à batterie. Un manque d’autonomie et une recharge trop longue sont souvent cités comme les principaux freins au développement des véhicules électriques. Les véhicules à pile à combustible avec un stockage d’hydrogène sous forme comprimée à 350 ou 700 bar peuvent parcourir plus de 500 km, en une seule recharge d’une durée de 3 à 5 minutes ; ils apparaissent plus que jamais comme une alternative crédible aux véhicules actuels. Cet article traite de la technologie des piles à combustible appliquée aux transports terrestres en analysant les aspects technologiques, environnementaux, économiques et politiques.
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Joseph BERETTA : Président d’honneur Avere-France - Président Automobile Technology & Mobility Expertise (AT&ME)
INTRODUCTION
Le véhicule électrique à hydrogène est avant tout un véhicule électrique, fonctionnant avec une chaîne de traction électrique identique à celle utilisée dans les véhicules électriques à batteries déjà largement répandus. Il n’y a pas lieu d’opposer le véhicule électrique à batterie et le véhicule électrique à pile à combustible utilisant de l’hydrogène. La seule différence, c’est la façon dont l’énergie est stockée et délivrée au moteur électrique. Dans un véhicule à batterie, l’énergie et la puissance proviennent de la batterie. Pour le véhicule à pile à combustible (PAC), l’énergie est stockée sous forme d’hydrogène dans un réservoir, la puissance est définie par la taille de la pile à combustible qui génère l’énergie électrique pour le moteur.
Pour une étude générale sur les piles à combustible, le lecteur se reportera aux articles Combustible hydrogène – Production [BE 8 565], Combustible hydrogène – Utilisation [BE 8 566], Transport électrique routier – Véhicules à pile à combustible [D 5 570] et Hydrogène [J 6 368].
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- Version archivée 1 de juil. 2008 par Renaut MOSDALE
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4. Véhicules pile à hydrogène commercialisés
Le domaine des transports représente aujourd’hui le premier marché des applications des piles à combustible au niveau mondial. C’est aussi celui qui présente la plus forte croissance (figure 24). C’est bien sûr la commercialisation en volume des véhicules légers, bus et maintenant poids lourd et train qui tire ce marché.
4.1 Automobile et utilitaires légers
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Renault
Développés en partenariat entre Renault et Symbio FCell, les Kangoo ZE-H2 disposent d'une autonomie de plus de 300 km grâce à sa batterie lithium-ion de 33 kWh et d’un réservoir de 1,78 kg de H2 à 350 bar alimentant une pile à combustible de 5 kW. Le Master ZE H2 est venu élargir la gamme en 2020.
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Stellantis
C’est aussi Symbio FCell qui fournirait à Stellantis (ex-Groupe PSA) les piles hydrogène qui seront montées sur les Peugeot Expert, Citroën Jumpy et Opel Vivaro, les réservoirs proviendront de Faurecia. L’architecture choisie est différente de celle de Renault puisque ce véhicule est un hybride rechargeable batterie/hydrogène qui revendique 400 km d'autonomie en cycle WLTP. Les trois réservoirs situés sous le plancher permettent de stoker 4,4 kg d’hydrogène sous 700 bar, la pile à combustible de 45 kW est associée à une batterie de 10,5 kWh de capacité autorisant un roulage de 50 km sans utiliser l’hydrogène.
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Honda
La Honda FCX Clarity a été proposé en leasing en 2008 à $ 600/mois. Elle est équipée d’une PAC de 100 kW alimentée par 5 kg d’hydrogène stocké à 700 bar. L’autonomie annoncée est de 570 km. Depuis 2015 la Honda Clarity Fuel Cell est commercialisée au Japon, au Canada et aux États-Unis.
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Hyundai
Depuis 2015 Hyundai commercialise un iX35 Fuel-Cell (figure 25) qui vient d’être remplacé par le Nexo Fuel-Cell. Le Nexo est équipé d’une PAC de 95 kW, d’une batterie tampon de 40 kW et avec ses 5 kg d’H2 à 700 bar, il offre 600 km d'autonomie. Le Hyundai Nexo est affiché à 76 500 € hors options. Bertrand Picard pilote de l’avion solaire Solar Impulse a réalisé le record de parcourir 778 km avec un Nexo hydrogène.
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Mercedes
Le...
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Véhicules pile à hydrogène commercialisés
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GRIMES (P.G.) - Historic pathways for fuel cells – The new electric century. - IEEE AES Systems Magazine, p. 7-10 (2000).
-
(2) - MOND (L.), LANGER (C.) - A new form of gas battery. - Phil. Mag., vol. 46, p. 296-304 (1889).
-
(3) - BACON (F.T.) - Fuel cells, past, present and future. - Electrochimica Acta, vol. 14, p. 569-585 (1969).
-
(4) - MOSDALE (R.), ESCRIBANO (S.) - * - . – Clefs CEA n° 44, p. 51 (hiver 2000-2001).
-
(5) - MOSDALE (R.), SRINIVASAN (S.) - Analysis of performance and of water and thermal management in proton exchange membrane fuel cells. - Electrochimica Acta, vol. 40, n° 4, p. 413-421 (1995).
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(6) - MOSDALE (R.), SRINIVASAN (S.) - Modeling analysis of mass transport...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Carburant hydrogène – Spécification de produit – Partie 2 : Applications des piles à combustible à membrane d’échange de protons (MEP) pour les véhicules routiers. - ISO/TS 14687-2 - 2012
-
Hydrogène gazeux et mélanges d’hydrogène gazeux – Réservoirs de carburant pour véhicules terrestres. - ISO/TS 15869 - 2009
-
Considérations fondamentales pour la sécurité des systèmes à l’hydrogène. - ISO/TR 15916 - 2004
-
Appareils de stockage de gaz transportables – Hydrogène absorbé dans un hydrure métallique réversible. - ISO 16111 - 2008
-
Dispositifs de raccordement pour le ravitaillement des véhicules terrestres en hydrogène comprimé. - ISO 17268 - 2012
-
Carburant d’hydrogène gazeux – Stations-services. - ISO/TS 20100 - 2008
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ed 3.011-13 Fuel cell technologies – Part 1 : Terminology. - ...
ANNEXES
En sus des règles d’homologation classique pour les véhicules thermiques et des règles liées à l’électrification du système de propulsion, les véhicules à pile à combustible sont soumis à des règlements européens spécifiques, comme le CE 79/2009 et sa directive d’application 406/2010. Ces deux règlements imposent notamment d’apporter la preuve de la sûreté de fonctionnement du système hydrogène. Ils imposent également une « réception par type » pour les composants les plus sensibles (ceux à l’intérieur desquels la pression de l’hydrogène gazeux est supérieure à 3 MPa), garantissant leur sécurité par des cycles de tests.
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Ballard (Canada)
Fuel Cells 2000
Société Plug Power
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