Véhicules : l’avenir n’est pas (du tout) à l’hydrogène

Voiture électrique Credit Agence métropolitaine de transport (Creative Commons)

Le duel pour le stockage dans les véhicules de l’électricité sous forme de batteries Lithium-ion ou d’hydrogène est en train de se terminer par la mort de l’H2. Dans de ruineuses convulsions financières… pour le contribuable.

Par Michel Gay.

L’électricité décarbonée issue des énergies nucléaires et renouvelables permet déjà aujourd’hui de consommer un peu moins de carburant pour véhicule, essence ou diesel, émettant des gaz toxiques et à effet de serre.

Mais le duel pour le stockage dans les véhicules de cette électricité sous forme de batteries Lithium-ion (Li-ion) ou d’hydrogène (H2) est en train de se terminer par la mort de l’H2 dans de ruineuses convulsions financières… pour le contribuable.

De quoi s’agit-il ?

Une voiture moyenne actuelle nécessite environ 15 kilowattheures (kWh) d’énergie mécanique utilisée « aux roues » pour parcourir 100 km.

Sachant qu’il faut tenir compte de rendements et de pertes diverses, pour parcourir 100 km il faut donc :

  • 7 litres de carburant (contenant 70 kWh mais le rendement global est de 30 %) achetés à la pompe pour une voiture avec un moteur à combustion interne (MCI),
  • ou 20 kWh d’électricité à la prise électrique (celle payée par le consommateur) pour remplir 100 kg de batteries afin d’alimenter un moteur électrique (le rendement est de 75 % dans la chaîne électrique de traction),
  • ou 50 litres d’H2 comprimé à 700 bars (soit 1 kilogramme (kg)) dans un réservoir pour alimenter une pile à combustible (PAC) qui ensuite produira l’électricité.

Les propriétés physiques de l’H2 en font un gaz encombrant. À la pression atmosphérique, 3000 litres d’H2 (trois mille) contiennent l’équivalent en énergie d’un seul litre d’essence (9 kWh).

Un kg d’H2 contient 33 kWh mais le rendement global est de 45 % entre la fabrication et « la roue » (compression 85 %, PAC 60 %, et chaîne de traction 85 %).

L’H2 liquide à – 253 degrés posant des problèmes encore plus importants (isolation, évaporation, liquéfaction…), cette forme n’est pas prise en compte dans cet article.

La voiture à essence (ou diesel)

Pour parcourir 700 km dans une voiture avec un MCI, un réservoir de 50 litres d’essence pesant 50 kg (avec l’enveloppe du réservoir) est donc nécessaire.

Le prix d’achat du carburant est d’environ 75 euros (à 1,5 euro par litre) et en France chacun peut généralement trouver une pompe à moins de 50 km autour de sa voiture.

Les ressources en carburant sont encore d’un siècle au moins en fonction du prix de vente.

La voiture à batteries Li-ion

Pour parcourir la même distance (700 km), il faut une batterie capable de contenir au moins 140 kWh (car une batterie Li-ion ne doit pas être déchargée à plus de 80%), d’un poids de plus de 700 kg (une batterie Li-ion restitue généralement moins de 0,2 kWh par kg), et d’un volume de 700 litres.

Ce poids et ce volume étant excessifs dans une voiture, ces chiffres sont divisés par deux en diminuant aussi l’autonomie par deux (350 km).

Pour parcourir 700 km, le prix d’achat de l’énergie varie d’environ 21 euros si la recharge d’électricité s’effectue à domicile (0,15 euro/kWh) à 35 euros sur des bornes de recharge (0,25 euros/kWh).

Les ressources en matières premières pour la fabrication des batteries (lithium, cobalt, manganèse, nickel…), bien que concentrées aujourd’hui encore dans certains pays (Argentine, Chili, Bolivie, Chine), semblent ne plus poser de problèmes au fur et à mesure des nouvelles découvertes (Algérie, Portugal) issues des récentes recherches et de la possibilité de recyclage des métaux rares.

La voiture à hydrogène

Toujours pour parcourir 700 km, il faut 7 kg d’H2 contenus dans un réservoir résistant de 150 kg et d’un volume de presque 200 litres. L’H2 alimente une pile à combustible (PAC) de 100 kg capable de fournir une puissance d’une centaine de kW (l’ensemble pèse donc 250 kg…).

De plus, la durée de vie de la très coûteuse PAC (nécessitant du platine) est faible (quelques milliers d’heures, soit moins de 5 ans).

Le prix du kg d’H2 peut varier beaucoup (de 15 euros à plus de 30 euros) selon que l’H2 utilisée est issue du gaz méthane par vaporeformage, comme actuellement, ou par l’électrolyse de l’eau (avec une électricité décarbonée qui peut être très chère si elle est issue uniquement d’énergie éolienne et solaire comme en rêvent certains).

Or, il faut environ 150 kWh d’électricité pour aboutir à 1 kg d’H2 comprimé à 700 bars contenant 33 kWh  (rendement de moins de 25 %).

De l’eau « gratuite », il y en a partout pour fabriquer de l’H2, mais pour parcourir 700 km, le prix d’achat de 7 kg d’H2 varie d’environ 100 euros à plus de 200 euros  par électrolyse, à ajouter au prix d’achat vertigineux des voitures (plus de 70 000 euros en 2019 pour les Toyota Mirai, Honda Clarity, et Hyundai Nexo).

L’avenir proche et lointain

L’avenir proche est incontestablement encore « pour un certain temps » aux véhicules à carburant dont le prix d’achat (20 000 euros ) et d’utilisation (11 euros de carburant pour 100 km) est toujours raisonnable, ce qui permet la garantie la liberté de circuler pour le plus grand nombre.

L’avenir plus lointain appartient probablement aux voitures électriques avec batteries Li-ion (ou autres améliorations) pour un prix d’achat actuel autour de 35 000 euros  (en baisse) et d’utilisation (environ 4  euros d’électricité pour 100 km) et d’entretien plus faible (pas de vidange).

L’avenir, même lointain, n’appartient pas à l’hydrogène. C’est un ruineux vecteur énergétique (et non une source d’énergie) qu’il est nécessaire de fabriquer avec beaucoup d’électricité.

L’hydrogène a beaucoup d’avenir dans les rêves de certains utopistes, et encore pour longtemps, car les lois de la physique ne pourront pas être contournées par la loi des hommes politiques.

Malgré les annonces tonitruantes de subventions juteuses pour quelques lobbies s’affichant « verts » (au détriment des contribuables surtaxés), l’hydrogène, c’est mort…

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