L’hydrogène est le composant le plus abondant de l’univers et offre un potentiel énorme en tant que vecteur d’énergie propre. Lorsqu’il est utilisé comme carburant, l’hydrogène ne produit que de l’eau et de la chaleur lors de sa combustion, éliminant ainsi les émissions de CO2 et d’autres polluants nocifs. Cette caractéristique en fait une alternative prometteuse aux carburants fossiles traditionnels dans le secteur des transports, qui est actuellement l’une des principales sources d’émissions de gaz à effet de serre. Comment le marché des utilitaires va évoluer avec cette énergie ? La rédaction d’Utilicare a enquêté !
Comment fonctionne l’hydrogène pour alimenter un véhicule ?
L’hydrogène est utilisé comme combustible couplé au dioxygène pour alimenter une pile à combustible. L’hydrogène est un vecteur d’énergie. La réaction entraîne la génération d’électricité permettant au véhicule d’avancer et celle-ci ne rejette que des vapeurs d’eau. On distingue 2 catégories de moteurs hydrogènes : les moteurs à pile à combustible et le moteur thermique essence, préparé pour comburer l’hydrogène.
Moteur à hydrogène à pile combustible : moteur électrique qui utilise l’hydrogène comme carburant pour produire de l’électricité. La pile à combustible combine l’hydrogène et l’oxygène pour produire de l’électricité, de la chaleur et de l’eau. L’électricité est ensuite utilisée pour alimenter le moteur électrique. Les moteurs à hydrogène à pile combustible sont des véhicules zéro émission, ce qui signifie qu’ils ne produisent pas de gaz à effet de serre ni d’autres polluants.
Moteur thermique à hydrogène : L’idée ici est d’utiliser un moteur thermique classique et de modifier le circuit d’injection pour recevoir de l’hydrogène. Ce moteur à hydrogène ne génère pas de CO2 mais émet toutefois des NOx, certes dans une proportion bien moindre qu’un moteur diesel. Pour convertir ce moteur diesel en hydrogène, il faut l’adapter à une utilisation au gaz, changer les injecteurs, le turbocompresseur et le filtre à huile. Il faut aussi un nouveau filtre à particules d’huile et un système de centrifuge eau/huile.
En 2006, BMW a fabriqué 100 exemplaires de la berline Hydrogen 7 équipée d’un moteur de 6 litres et 12 cylindres, capable de rouler aussi bien à l’essence qu’à l’hydrogène. Problème, la combustion de l’hydrogène demande 2,5 fois plus d’oxygène par unité de masse que l’essence. Or les anciens moteurs dits “atmosphériques”, comme ceux des BMW Hydrogen 7, qui fonctionnent par aspiration naturelle d’air, ne parvenaient pas à fournir assez d’oxygène pour créer une combustion optimale.
Hyundai prévoit de commercialiser dès 2025 : Appartenant à la nouvelle catégorie des “H2 ICE” (Hydrogen Internal Combustion Engine), ce moteur de 11 litres alimenté par de l’hydrogène peut générer une puissance de 300 kW (402 chevaux), ainsi qu’un couple de 1700 Nm à 2000 tours par minute. Selon son constructeur, il s’avère 25 à 30 % plus économique qu’un système reposant sur des piles à combustible. Ce nouveau moteur à combustion interne à hydrogène sera destiné aux véhicules commerciaux et effectuant de longs trajets (camions, bus, engins de chantier…)
Quels sont les avantages de l’hydrogène ?
- Zéro émission de carbone : L’un des principaux avantages de l’hydrogène dans les transports utilitaires est son potentiel à fournir une mobilité propre sans émission de carbone. Lorsqu’il est utilisé dans des véhicules à pile à combustible, l’hydrogène ne produit que de l’eau et de la chaleur comme sous-produits de la réaction électrochimique, éliminant ainsi les émissions de gaz à effet de serre et les polluants atmosphériques.
- Autonomie élevée : Contrairement aux véhicules électriques à batterie qui peuvent avoir une autonomie limitée, les véhicules à pile à combustible à hydrogène offrent généralement une autonomie plus élevée. Cela permet aux véhicules utilitaires de parcourir de plus longues distances sans nécessiter de recharges fréquentes, ce qui les rend adaptés aux opérations de livraison et aux déplacements de flottes professionnelles. Comptez environ 400-500 km d’autonomie avec l’hydrogène.
- Temps de ravitaillement rapide : Le plein en hydrogène est généralement aussi rapide que le plein en carburants traditionnels, ce qui réduit considérablement les temps d’arrêt des véhicules utilitaires. Cette rapidité est particulièrement importante pour les entreprises qui dépendent d’une utilisation continue de leurs flottes pour des raisons de rentabilité.
Les prévisions de croissance de l’adoption de l’hydrogène dans les flottes utilitaires
Si les véhicules utilitaires électriques arrivent en nombre dans les concessions, les prévisions de croissance de l’adoption de l’hydrogène dans les flottes utilitaires sont relativement encourageantes. Voici quelques tendances et prévisions :
- Expansion des infrastructures de ravitaillement : Pour encourager l’adoption de l’hydrogène dans les flottes utilitaires, il est essentiel de développer des infrastructures de ravitaillement en hydrogène bien réparties sur le territoire. La grande problématique aujourd’hui est la capacité de transporter et stocker l’hydrogène en grande quantité, et ce sur tout le territoire. Sur le même principe que l’électricité, c’est la possibilité de recharger régulièrement son véhicule qui permettra (entre autres) au marché de s’adapter.
La ville des Sables d’olonne a récemment ouvert une station verte à l’entrée de la ville avec la possibilité de recharger des véhicules avec de l’hydrogène.
- Production et commercialisation des véhicules utilitaires à hydrogène : Les constructeurs automobiles développent de plus en plus de modèles de véhicules utilitaires à hydrogène pour répondre à la demande croissante. Ces véhicules offrent une gamme d’options, allant des fourgonnettes aux camions, pour répondre aux besoins variés des entreprises avec des flottes utilitaires.
Les infrastructures sur le marché de l’hydrogène en France
Deux équipementiers figurent parmi les pionniers de la pile à combustible. Plastic Omnium développe depuis de nombreuses années des technologies de pile et de réservoirs. Ces derniers viennent d’ailleurs d’être retenus par Hyundai pour son van Staria, qui sera commercialisé en 2023.
Ses réservoirs ont été conçus en grande partie par les centres techniques européens du groupe. L’autre acteur majeur des systèmes à hydrogène est Symbio, coentreprise entre Michelin et Faurecia. Sa pile à combustible a été choisie par Stellantis pour ses fourgons lancés l’an prochain, et ceux-ci seront équipés de réservoirs d’hydrogène développés et produits par Faurecia en France. En y ajoutant le savoir-faire d’Air Liquide ou d’Engie pour la production d’hydrogène, la filière industrielle française semble prête pour le déploiement des solutions hydrogène. En ce qui concerne l’usage, Mobilité Hydrogène France estime que 250 stations pourraient être installées à horizon 2024, ce qui permettrait la circulation de 120 000 véhicules, majoritairement utilitaires, poids lourds, cars et bus. Il faut également citer Lhyfe, entreprise nantaise d’électrolyse de l’eau, qui produit de l’hydrogène vert à partir d’énergies renouvelables. Elle a été fondée en 2017 et a pour ambition de devenir un leader mondial de la production d’hydrogène vert et de contribuer à la transition énergétique. L’entreprise a construit sa première unité de production d’hydrogène vert à Bouin, en Vendée, en 2020. Cette unité a une capacité de production de 1 tonne d’hydrogène par jour. L’hydrogène vert produit par Lhyfe est utilisé dans différents domaines, notamment la mobilité, l’industrie et le stockage d’énergie. Lhyfe fournit de l’hydrogène vert à des clients tels que Toyota, Alstom et TotalEnergies.
Liste des véhicules utilitaires roulant à l’hydrogène
Peugeot e-Expert Hydrogen
L’e-Expert Hydrogen a recours au même système utilisé par l’Opel Vivaro-e et le Citroën ë-Jumpy baptisé « mid-power plug-in hydrogen fuel cell electric ». Grâce à cette technologie propre à Stellantis, le fourgon est capable de parcourir jusqu’à 400 km contre 230 à 330 km seulement pour la version 100% électrique. La pile à combustible est soutenue par une batterie de 10,5 kWh qui se recharge en une heure à peine sur une borne de 11 kW en courant alternatif sur réseau triphasé. Un autre avantage de l’e-Expert Hydrogen est qu’il préserve les mêmes dimensions et prestations que ses homologues à diesel, essence ou électricité. Son volume de chargement est de 6,1 m3 tandis que la charge utile maximale tolérée est de 1100 kg. Il est disponible en deux longueurs de carrosserie de 4,96 m et 5,31 m. Pour fonctionner, il a besoin de 120 litres de dihydrogène stocké dans les réservoirs à 700 bars de pression. Le groupe Stellantis n’a pas encore communiqué sur le prix du Peugeot e-Expert Hydrogen pour l’instant.
Citroën ë-Jumpy Hydrogen
Le Citroën ë-Jumpy a été un véritable succès dès son lancement. Élu « International Van of the year 2021 », L’ë-Jumpy déploie une charge utile atteignant 1275 kg ainsi qu’un volume utile de 6,6 m3. Dans ses soubassements, il se munit d’une batterie de 50 kWh offrant 230 km d’autonomie ou un pack de 75 kWh pour 330 km. Pour compléter sa gamme tout en l’innovant , Citroën a récemment annoncé l’arrivée de l’ë-Jumpy Hydrogen dans son catalogue déjà constitué du My Ami Cargo, de l’ë-Jumper, de l’ë-Berlingo Van et de l’ë-Jumpy. Ce nouveau modèle a recours à une pile à combustible fonctionnant au dihydrogène qui sert à alimenter l’électromoteur délivrant une puissance de 100 kW pour 260 Nm de couple. Le gaz est stocké dans trois réservoirs en fibre de carbone qui subissent une pression de 700 bars et qui contiennent suffisamment de dihydrogène pour permettre au véhicule de parcourir jusqu’à 400 km. La batterie en lithium-ion d’une capacité de 10,5 kWh pour sa part délivre une autonomie supplémentaire de 50 km et peut être rechargée sur une prise standard. À l’instar des déclinaisons thermiques et 100% électrique, l’utilitaire à hydrogène est également commercialisé en deux longueurs à savoir XL de 5,30 m et M de 4,95 m. L’introduction des différents composants tels que la pile à combustible n’a pas d’impact sur la capacité de chargement du véhicule. Concernant le prix, aucune annonce officielle n’a été effectuée par le groupe Stellantis. Toutefois, il faudra s’attendre à des tarifs relativement importants par rapport aux versions thermiques et électriques. Pour rappel, chez Toyota et Hyundai qui sont les seuls à vendre des voitures à hydrogène à grande échelle, les coûts démarrent à 67 900 euros pour la Mirai et 79 900 euros pour la Nexo.
Opel Vivaro-E Hydrogen
Au même titre que le Peugeot Expert et le Citroën Jumpy, l’Opel Vivaro représente un des best-sellers du groupe Stellantis. C’est donc tout naturellement qu’il s’équipe également d’une pile à hydrogène qui donne la possibilité de faire le plein en à peine trois minutes. La nouvelle motorisation permet au Vivaro-e HYDROGEN d’offrir également un rayon d’action de 400 km.
Renault Master H2-Tech
En riposte à Stellantis, Renault a annoncé l’arrivée de son Master H2-Tech bien qu’il ne joue pas dans la même catégorie que son concurrent qui a préféré miser sur les fourgons de format intermédiaire. La pile à combustible utilisée par les losanges se veut aussi plus petite que celle de Stellantis en affichant une puissance de 30 kW contre 45 kW pour le Citroën Jumpy, le Peugeot Expert et l’Opel Vivaro Hydrogen. En revanche, la batterie est plus performante, car elle atteint 33 kWh contre 10,5 kWh pour son rival. Grâce à toute cette panoplie de technologie, le Master H2-Tech sera en mesure d’offrir un rayon d’action de 500 km. Il sera commercialisé en trois carrosseries à savoir le Master Citybus H2-Tech dédié au transport de personnes, le Châssis Cab d’un volume utile de 19 m3 et le fourgon qui peut transporter jusqu’à 12 m3 de marchandises.
Iveco eDaily FCEV
Iveco et Hyundai ont dévoilé un prototype de fourgon utilitaire à hydrogène, le eDaily FCEV. Ce véhicule est équipé d’une pile à combustible de 90 kW et d’une batterie de 37 kWh, ce qui lui permet d’avoir une autonomie de 350 km. Il peut également être rechargé en 15 minutes. Le eDaily FCEV est disponible en deux longueurs de caisse : 4,96 m et 5,99 m. Il peut transporter jusqu’à 3 tonnes de charge utile. Iveco et Hyundai ont prévu de lancer le eDaily FCEV en série en 2023. Le prix de ce véhicule n’a pas encore été annoncé.
Voici quelques caractéristiques du eDaily FCEV :
- Pile à combustible de 90 kW
- Batterie de 37 kWh
- Autonomie de 350 km
- Temps de recharge de 15 minutes
- Charge utile maximale de 3 tonnes
- Disponible en deux longueurs de caisse
- Lancement en série prévu en 2023
Le conseil de nos experts
“Si la possibilité de construire et de faire avancer des véhicules avec de l’hydrogène est maîtrisée depuis longtemps, la véritable difficulté réside dans son rendement. A l’heure actuelle, on consomme plus d’énergie à produire de l’hydrogène que ce qu’il ne rapporte en termes d’énergie. Le rendement est négatif. L’autre problème majeur, c’est le stockage et le transport. L’hydrogène a une faible densité et il doit être comprimé dans des réservoirs à haute pression (350/500/700 bar). Le chemin est encore long pour une adoption générale de l’hydrogène, et cela passera par une capacité à le produire en grande quantité avec une énergie verte (soleil/vent) et à le stocker plus facilement.”
David Atlas, Dirigeant Utilicare
