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RÉSUMÉ
Le dihydrogène constitue un axe novateur de la révolution énergétique décarbonée des machines de conversion d’énergie à poste fixe et des mobilités à l’horizon 2040 et au-delà. Les équations de la détonique permettent de comprendre et d’identifier en premier lieu les risques majeurs de fuite et d’explosion de cette molécule. Un panorama des machines à hydrogène et oxygène distingue les usages différenciés des piles à combustibles et des moteurs à pistons en fonction de leur domaine d’application. Les innovations de l’ensemble du panel des mobilités sont analysées de même que leurs sources diversifiées d’énergie primaire. Les applications en avance de phase sur les groupes électrogènes et la poly-génération ainsi que sur les potentialités réelles de l’hydrogène enrichi concluent cet article.
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Georges DESCOMBES : Professeur des universités, Docteur en sciences physiques, - Ingénieur motoriste du Cnam, Ingénieur scientifique en physique énergétique, Docteur h.c., Paris, France
INTRODUCTION
On assiste à une explosion de projets industriels sur le dihydrogène aux quatre coins de la planète soutenus massivement par les États depuis quelques années. L’un des intérêts du dihydrogène est d’être décarboné et de stocker simultanément de l'énergie et de produire de l'électricité. Il est de plus transportable, sous réserve d’un strict protocole de sécurité, sous forme liquide et gazeuse, à condition que la distance entre le lieu de production et le lieu d’utilisation ne soit pas trop éloignée afin de ne pas obérer son cycle de vie.
Cette transition se heurte à de nombreux défis car l’infrastructure pour le transport, le stockage et la sécurité de l’hydrogène demeure un verrou à mettre sous contrôle de même que son coût de production.
Le dihydrogène conventionnel est usuellement fabriqué par gazéification du charbon de bois, de la biomasse, par vaporeformage du biogaz et dans une moindre mesure par électrolyse de l’eau. L’hydrogène est largement utilisé comme matière première pour la fabrication de l’ammoniac, des engrais et de méthanol. Il sert aussi de réactif dans les processus de raffinage du pétrole brut. Les industries fortement émettrices de CO2 dont la métallurgie et la verrerie sont en première ligne pour tenter de réduire significativement l’empreinte carbone. L’utilisation de l'hydrogène, en dehors du cadre industriel dans lequel il est aujourd’hui employé avec des protocoles sévèrement réglementés, pose toutefois de sérieux problèmes de sécurité en raison des risques névralgiques de fuites, de feux, d’incendies et d’explosions. La génération du stockage de l’électricité dans les batteries électriques est elle aussi à surveiller de près, car les batteries génèrent des gaz inflammables potentiellement à l’origine de feux ou d’explosions, l'hydrogène induisant bien sûr des scénarios aux conséquences plus graves du fait de l’extrême légèreté de cette molécule.
Cependant, l’hydrogène dans les mobilités constitue une piste très investiguée en recherche appliquée. Un panorama des machines à hydrogène et oxygène doit donc être établi en distinguant les usages différenciés des piles à combustibles et des moteurs à pistons en fonction de leur domaine d’application.
Il existe cinq voies prioritaires pour décarboner les transports : l’électricité, l’hydrogène, l’hydrogène additivé ou enrichi, les carburants gazeux tels que la biométhanisation et ses dérivés avec la biomasse, et les carburants synthétiques obtenus en combinant de l’hydrogène avec du CO2. La molécule de dihydrogène inscrite désormais dans la révolution énergétique décarbonée des machines de conversion d’énergie est à manipuler avec une extrême prudence comme le lait sur le feu. Les équations de la détonique permettent d’identifier en premier lieu les sources majeures de dangerosité de cette molécule pour les mettre sous contrôle.
Les innovations de progrès et de rupture sur l’ensemble du panel des mobilités doivent elles aussi être analysées finement de même que leurs sources diversifiées d’énergie primaire. Elles démontrent l’effervescence qui règne actuellement sur l’ensemble des mobilités. Les applications en avance de phase sur les groupes électrogènes décarbonés et la polygénération sont elles aussi de pleine actualité.
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3. Innovations multiformes dans le ferroviaire
3.1 Trains autonomes
Les innovations dans le secteur ferroviaire opèrent un virage vers l'automatisation, la durabilité et l'amélioration de l'expérience des passagers. Elles reflètent une transformation majeure avec une orientation vers des solutions technologiques avancées pour améliorer la durabilité, l'efficacité et la satisfaction des passagers.
Les systèmes de trains autonomes, qui utilisent des technologies avancées comme l'Intelligence Artificielle Générative (IAG) et l'Internet des objets (IoT) sont en pleine croissance. Ils doivent améliorer la ponctualité, la fiabilité et l’optimisation de la capacité du réseau ferroviaire, afin de réduire les erreurs techniques et d’améliorer le flux d'informations sur le trafic. Les capteurs IoT (Internet Of Things ou Internet des Objets), destinés à assurer la communication entre les appareils connectés et l'analyse de données en temps réel, visent à surveiller l'état des infrastructures ferroviaires et des trains afin d’anticiper les pannes en privilégiant les maintenances préventives.
La digitalisation et l'amélioration de l'expérience des passagers sont elles aussi au centre des innovations avec le développement de plateformes de réservation plus conviviales et la personnalisation des services. L'intégration des technologies numériques vise à rendre les voyages plus fluides et plus agréables pour les usagers.
HAUT DE PAGE3.2 Trains à hydrogène
L'adoption de trains à hydrogène est en plein essor au Canada et cette technologie est perçue comme une alternative durable aux locomotives diesel. Du côté français, les ingénieurs de la SNCF ont longtemps été sceptiques sur la traction hydrogène en pariant plutôt sur le train à batteries, ce qui explique le retard pris sur l’Allemagne. Mais un coup d’accélérateur a été donné à partir de 2018. La première officialisation d’une commande de trains à hydrogène s’inscrit dans le cadre d’un contrat global signé, en 2019, entre Alstom, la SNCF et quatre régions (Bourgogne-Franche-Comté, Auvergne-Rhône Alpes, Occitanie, Grand Est) pour trois à quatre rames à hydrogène par région.
Les trains à piles à combustible et à hydrogène semblent...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Transitions & Énergies. - Dossier Hydrogène : retour à la réalité, p. 50-58 (2024).
-
(2) - * - https://www.h2-mobile.fr/actus/hydrogene-naturel-canada-max-power-rider-natural-hydrogen-project/
-
(3) - SINAI¨ (A.) - Transport ferroviaire : des pistes pour en finir avec les moteurs diesel. - (2018), https://www.actu-environnement.com
-
(4) - SNCF 2021 - Le train à hydrogène. - https://www.sncf.com/fr
-
(5) - DESMET (B.) - Transport ferroviaire et développement durable. - (2016), https://lms.fun-Mooc.fr
-
(6) - VINCENT (T.) - L’énergie hydrogène est-elle idéale pour les transports maritimes. - (2018), https://www.pole-ocean.fr
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Véhicules automobiles hybrides électriques et leurs motorisations.
-
Piles à combustible appliquées à la mobilité électrique – La mobilité hydrogène.
-
Méthodologies d’implantation de détecteurs fixes de gaz inflammables.
-
De la cinétique chimique élémentaire aux mécanismes cinétiques détaillés.
-
Moteurs thermiques – Moteurs alternatifs de nouvelle génération....
ANNEXES
Chirac (R.), Descombes (G.), Podevin (P.), Dispositif d’alimentation d’une machine thermique à combustion en gaz enrichi en dihydrogène et en dioxygène, WO2012/025672, EP2609309B1, PCT/FR2011/000465.
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
https://www.h2-mobile.fr/actus/engins-speciaux-daimler-mise-combustion-hydrogene/
https://fr.statista.com/statistiques/1373312/plus-gros-producteur-energie-hydroelectrique/
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