Le moteur à combustion interne à hydrogène : une alternative prometteuse pour la mobilité durable ?

Face aux enjeux climatiques et à la nécessité de réduire les émissions de gaz à effet de serre du secteur des transports, l’hydrogène apparaît comme une solution énergétique alternative intéressante. Parmi les différentes technologies exploitant l’hydrogène, le moteur à combustion interne à hydrogène (MCI hydrogène), aussi appelé HICEV (Hydrogen Internal Combustion Engine Vehicle), suscite un intérêt croissant. Cet article explore le fonctionnement, les avantages et les inconvénients de cette technologie.

Fonctionnement d’un moteur à combustion interne à hydrogène

Contrairement à la pile à combustible qui convertit l’hydrogène en électricité par une réaction électrochimique, le MCI hydrogène utilise l’hydrogène comme carburant dans un moteur thermique conventionnel, similaire à un moteur essence ou diesel. La combustion de l’hydrogène avec l’oxygène de l’air produit de l’eau (H₂O) et une faible quantité d’oxydes d’azote (NOx) dans certaines conditions.

Concrètement, le moteur à combustion interne à hydrogène se compose des mêmes éléments qu’un moteur thermique classique :

• Bloc moteur : La structure principale du moteur.
• Pistons et cylindres : Où se produit la combustion.
• Soupapes d’admission et d’échappement : Qui contrôlent l’entrée de l’air et de l’hydrogène et la sortie des gaz d’échappement.
• Système d’allumage : Bougies d’allumage pour initier la combustion.
• Système d’injection : Pour injecter l’hydrogène dans les cylindres. Ce système doit être adapté aux propriétés de l’hydrogène (faible densité, haute inflammabilité).

L’hydrogène peut être injecté de deux manières :

• Injection directe : L’hydrogène est injecté directement dans la chambre de combustion.
• Injection indirecte : L’hydrogène est injecté dans le collecteur d’admission.

Avantages du moteur à combustion interne à hydrogène

• Technologie mature et éprouvée : Le MCI est une technologie bien maîtrisée avec une infrastructure de production et de maintenance existante. L’adaptation à l’hydrogène est relativement simple comparée au développement de nouvelles technologies comme la pile à combustible.
• Coût potentiellement inférieur à la pile à combustible : La production et la maintenance d’un MCI hydrogène pourraient être moins coûteuses que celles d’une pile à combustible, ce qui pourrait rendre les véhicules à hydrogène plus abordables.
• Rendement en amélioration : Bien que généralement inférieur à celui d’une pile à combustible, le rendement des MCI hydrogène progresse, avec des objectifs proches de 45-50%.
• Utilisation possible d’infrastructures existantes : Dans une certaine mesure, les infrastructures de distribution de carburants existantes pourraient être adaptées à la distribution d’hydrogène.
• Solution transitoire : Le MCI hydrogène pourrait être une solution transitoire intéressante vers une mobilité entièrement décarbonée en attendant le développement et la démocratisation des piles à combustible et des infrastructures de production et de distribution d’hydrogène vert.

Inconvénients du moteur à combustion interne à hydrogène

• Émissions de NOx : Bien que la combustion de l’hydrogène ne produise pas de CO₂, elle peut générer des oxydes d’azote (NOx), des polluants atmosphériques, en fonction des conditions de combustion (température élevée). Des systèmes de post-traitement des gaz d’échappement sont nécessaires pour réduire ces émissions.
• Stockage de l’hydrogène : Le stockage de l’hydrogène à bord des véhicules reste un défi en raison de sa faible densité énergétique volumique. Différentes solutions sont envisagées : stockage sous haute pression, stockage cryogénique (hydrogène liquide) ou stockage sous forme solide (hydrures métalliques). Chaque solution présente des avantages et des inconvénients en termes de volume, de poids et de sécurité.
• Infrastructure de distribution d’hydrogène : Le déploiement d’une infrastructure de distribution d’hydrogène est un investissement important et constitue un frein majeur à la diffusion des véhicules à hydrogène.
• Production d’hydrogène : L’impact environnemental de la mobilité hydrogène dépend fortement de la méthode de production de l’hydrogène. Seule la production d’hydrogène à partir de sources d’énergie renouvelables (électrolyse de l’eau avec de l’électricité renouvelable) permet de parler de mobilité réellement décarbonée.

Conclusion

Le moteur à combustion interne à hydrogène représente une voie intéressante pour la décarbonation du secteur des transports, en particulier pour les applications où les contraintes d’autonomie et de temps de recharge sont importantes (véhicules utilitaires, poids lourds, etc.). Bien qu’il présente des inconvénients, notamment en termes d’émissions de NOx et de stockage de l’hydrogène, il offre des avantages significatifs en termes de maturité technologique et de coût potentiel. Son développement et son déploiement dépendront de la résolution des défis liés à la production d’hydrogène vert et à la mise en place d’une infrastructure de distribution adéquate. Il pourrait constituer une solution transitoire efficace vers une mobilité plus durable.