Hydrogène dans le transport : Motorisation thermique vs Pile à combustible ?

Contexte

Où en est-on avec cette énergie miraculeuse qui est censée nous ouvrir un avenir prometteur dans le grand programme de décarbonation du monde du transport ?

Les études sont formelles : les programmes gouvernementaux poussent les industriels à faire de grandes avancées et quatre pays tiennent la barre haute en termes de dépôts de brevets sur les technologies de production d’hydrogène.

D’après une étude conjointe de l’Office européen des brevets et de l’Agence internationale de l’énergie (AIE) publiée en janvier 2023, l’Union européenne était en tête du classement des demandes de brevets liées aux technologies de production de l’hydrogène entre 2011 et 2020. On remarque qu’au cours de cette décennie, les brevets déposés à travers le monde sur des technologies de production d’hydrogène bas carbone ont été deux fois plus nombreux que ceux concernant sa production à partir d’énergies fossiles.

Dans la continuité de ces efforts, confiants de la place que prendra l’hydrogène dans le mix énergétique à horizon 2030-2050 (voir graphique ci-dessous), les acteurs du monde du transport poursuivre leurs axes de développements sur les technologies de propulsion.

Source: International Energy Agency

Cependant une question revient souvent : faut-il basculer totalement sur une technologie d’électrification supportée par une pile à combustible ou faut-il continuer à progresser sur le développement de motorisation thermique à combustion d’hydrogène ?

Etude

L’usage est la clé de réponse pour savoir où se tourner entre H2-ICE ou FCEV. Les moteurs à combustion interne à hydrogène (H2-ICE = Hydrogen Internal Combustion Engine) sont considérés comme meilleurs et préférables face à l’intégration de piles à combustible (FCEV = Fuel Cell Electric Vehicle) dans les technologies de transport demandant de la puissance et de l’endurance (gros moteurs). Les applications tests dans le secteur des camions, des autocars et autobus (CNHS), des engins de chantier, moteurs marins et industriels semblent le confirmer à l’image des interventions de Bosch, BorgWarner, FEV, IAV, l’IFPEN, Liebherr, Plastic Omnium et Volvo Powertrain lors une journée sur le thème de l’injection d’hydrogène dans les moteurs à combustion en mai 2022 (SIA).

L’industrie se divise en deux grandes familles. Bien que les pro-piles à combustible sont nombreux, les pro-moteurs à combustion interne à hydrogène présentent de plus en plus de technologies moteurs alternatives.

Le changement climatique impacte tous les secteurs, et notamment le BTP : Liebherr-France SAS a développé une pelle sur chenilles à hydrogène, dont le premier modèle de démonstration avait été présenté au salon Bauma 2022 (Munich), quand, le constructeur britannique JCB a mis au point en 2020 la toute première pelle 20 tonnes sur chenilles fonctionnant grâce à une pile à combustible.

A l’image du secteur du sport automobile le 8 juin 2023 lors du Centenaire des mythiques 24h du Mans, Bosch Engineering GmbH et Ligier Automotive ont présenté un véhicule à hautes performances équipé d’un moteur à hydrogène (JS2 RH2), quand le consortium MissionH24 a présenté un prototype équipé d’une pile à combustible pouvant passer le 300km/h (LMPH2G).

Pour alimenter notre réflexion, le motoriste Pipo Moteurs a publié un graphique qui vient donner une évaluation des grands drivers de comparaison des deux technologies. On remarquera les écarts importants qui peuvent intervenir sur la partie Indépendance, Achats et Recyclabilité, qui aujourd’hui empêchent les marchés, selon les territoires, les usages et le coût environnant de la technologie FCEV (composants, approvisionnement hydrogène, infrastructures, etc…)

Source : Pipo Moteurs

En tout cas, au regard du potentiel de l’hydrogène, il reste de nombreux axes de recherche et d’innovation tant au niveau des performances intrinsèques des motorisations et des piles à combustibles, tant sur les aspects industrialisations et infrastructures (approvisionnements) qui freinent l’adoption plus large de la technologie. A ce jour le monde du transport lourd et Off-Road constitue le meilleur client à l’hydrogène, mais tout le potentiel reste à venir avec un seul prérequis celui de n’utiliser idéalement que de l’hydrogène vert.

La Décarbonation du monde du transport est actuellement un cheval de bataille de notre gouvernement :  les aides à la R&I, les soutiens à l’industrialisation sont à disposition des entreprises avec des projets d’avenir innovants et/ou structurants pour la filière, comme les exemples de dispositifs toujours en vigueur ci-dessous (non exhaustifs) :

• Les crédits d’impôts comme le Crédit Impôt Recherche et le Crédit Impôt Innovation (uniquement PME) qui vient abaisser la fiscalité des sociétés engageant des dépenses de recherche et d’innovation. Nous attendons également la naissance du Crédit impôt investissement industrie verte (C3IV) qui devrait aboutir au sein de la Loi de Finances 2024.
• L’appel à projets ADEME, ayant pour objectif de soutenir les travaux d’innovation, permettant de développer ou d’améliorer les composants et systèmes liés à la production, au transport d’hydrogène et à ses usages, tels que les applications, industrielles, de transport ou de fourniture d’énergie.
• L’appel à projets « i-Démo » du plan France 2030 qui a pour objectif le développement d’entreprises industrielles et de services sur les marchés porteurs, créateurs de valeur et de compétitivité pour notre économie et contribuant aux transitions énergétique, écologique et numérique.
• L’appel à projets France 2030 « Première Usine », que le Gouvernement a mis en place au travers d’une politique ambitieuse de soutien à l’innovation, en particulier à destination des acteurs émergents. L’objectif est d’accélérer l’émergence de premières réussites d’industrialisation par des start-ups industrielles, ou PME /ETI innovantes.