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Une station-service d’hydrogène: la BMW iX5 Hydrogen est un prototype en phase de préproduction. Il est actuellement soumis à des essais pratiques rigoureux. Image: BMW

Climat et énergie Contenu du partenaire: BMW

L’immense potentiel de l’hydrogène

Les experts en sont convaincus: l’hydrogène est l’une des clés de la transition énergétique. Le constructeur automobile BMW mise donc sur l’«hydrogène vert» et teste cette technologie sur une flotte pilote de BMW X5.

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L’immense potentiel de l’hydrogène

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Alors que les véhicules électriques à batterie (VEB) sont commercialisés à un rythme soutenu, l’hydrogène, une technologie de propulsion sans émissions locales, reste cantonnée à une niche: pourtant, de nombreux experts affirment que cette source d’énergie polyvalente pourrait jouer un rôle crucial dans la mobilité durable et la transition énergétique si elle était utilisée dans les véhicules à pile à combustible (VPC). En effet, l’objectif d’un trafic routier à faibles émissions ne peut pas être atteint uniquement avec des VEB.

«L’hydrogène est l’un des moyens les plus efficaces pour stocker et transporter les énergies renouvelables», explique Oliver Zipse, président du conseil d’administration du constructeur automobile BMW, présent dans le monde entier. «Nous devons utiliser ce potentiel, notamment pour accélérer la transformation du secteur de la mobilité. L’hydrogène est la pièce manquante du puzzle de la mobilité verte, car une seule technologie ne suffira jamais à assurer une mobilité neutre en carbone à l’échelle mondiale.»

Haute densité énergétique

L’hydrogène, un gaz incolore et inodore, est utilisé aujourd’hui comme carburant de fusées ou dans l’industrie chimique. Il présente une densité énergétique élevée, bien supérieure aux combustibles fossiles. Une pile à combustible permet de convertir cette énergie en électricité pour l’entraînement électrique. Son «gaz d’échappement» est constitué de vapeur d’eau pure. Qui plus est, un plein d’hydrogène ne prend que quelques minutes. Ainsi, un VPC à hydrogène combine les avantages de la conduite électrique sans émissions, avec la flexibilité des véhicules thermiques.

Pour l’ingénieur automobile Christian Bach, la mobilité du futur passe aussi par le fait «de rendre utilisables des sources d’énergie fortement intermittentes comme le solaire et l’éolien, et ce, tout au long de l’année». M. Bach dirige depuis vingt ans le département des systèmes de propulsion automobile de l’EMPA (Materials Science and Technology), une section de l’ETH Zurich. Il juge le débat sur les avantages et les inconvénients de l’hydrogène bien trop superficiel. Il faut aborder les problèmes de la transition énergétique de manière plus complexe: «Avec le photovoltaïque, nous serons confrontés à d’importants surplus d’électricité, surtout en été, quand les installations solaires génèrent trois quarts de leur puissance annuelle. Parallèlement, la pénurie d’électricité en hiver est redevenue un sujet de préoccupation. L’hydrogène offre une solution à ces problèmes, notamment par son utilisation dans la mobilité.» La perte d’efficacité de la production d’hydrogène, souvent citée comme un inconvénient, n’est pas un argument convaincant pour M. Bach: «Elle est comparable à la perte occasionnée par la production d’énergie avec des centrales de pompage-turbinage», dit-il.

À l’EMPA, ce technicien de 59 ans est également responsable des «démonstrateurs», des plateformes qui promeuvent les découvertes scientifiques. Christian Bach a ainsi accompagné le projet de Climeworks, qui permet de filtrer le CO₂ de l’atmosphère et de le comprimer, en combinaison avec de l’hydrogène, afin d’obtenir un carburant synthétique. M. Bach a également participé à l’installation de la première station-service suisse d’hydrogène et à celle d’une installation photovoltaïque d’un nouveau genre couplée à un accumulateur.

Voitures, réservoirs d’énergie

Après de nombreuses années à travailler à l’intersection de la recherche et de la pratique, Christian Bach est convaincu que le stockage de l’énergie jouera un rôle fondamental dans la mobilité du futur. «Autrement, nous nous contentons de prendre de l’électricité à quelqu’un qui sera contraint à son tour de la remplacer par des sources fossiles», argumente-t-il. En effet, les voitures électriques à batterie ou à réservoir d’hydrogène peuvent stocker de l’énergie, notamment dans le secteur du transport de marchandises. Les carburants synthétiques représentent en revanche une meilleure solution de décarbonisation pour l’aviation.

Jürgen Guldner, General Program Manager Hydrogen Technology, est responsable du développement de l’iX5 Hydrogen et des activités de recherche correspondantes du groupe. L’approche de Guldner sur les questions énergétiques est avant tout pragmatique: «Il faut utiliser toutes les technologies utiles à la décarbonisation. Il s’agit de fédérer tout le monde: en multipliant les solutions, le passage à de nouveaux types de propulsion se fera plus rapidement», explique cet ingénieur qui a étudié à Munich, Tokyo et en Californie.

Par rapport à un véhicule électrique à batterie, la propulsion à l’hydrogène présente des avantages évidents dans certaines situations: «Dans la logistique en flux tendu, le temps de recharge est crucial. L’hydrogène a plus de sens dans le transport lourd», affirme-t-il. La BMW iX5, un prototype en phase de préproduction et actuellement soumis à de nombreux tests, fait le plein d’hydrogène en quelques minutes, alors que la recharge d’un VEB, même sur une borne rapide, prend beaucoup plus de temps. «Dans le domaine des voitures particulières, les véhicules à hydrogène peuvent compléter les VEB de manière utile, car dans un grand nombre de situations, il faut pouvoir faire le plein rapidement», explique Guldner. L’hydrogène se pose également en alternative judicieuse en cas de basses températures. En effet, le froid réduit considérablement l’autonomie des batteries.

À l’instar de Christian Bach à l’EMPA, Jürgen Guldner plaide pour une vision globale du problème: «Il faut élargir l’horizon de réflexion. Dans le cas du véhicule électrique, il faut notamment prendre en compte l’ensemble du cycle d’utilisation, depuis les matières premières extraites du sol jusqu’au recyclage des composants du véhicule à la fin de son cycle de vie.» La batterie d’un véhicule à hydrogène nécessite 90% de matières premières critiques de moins que celle d’un VEB, ce qui réduit les dépendances dans la chaîne d’approvisionnement.

«La Suisse s’érige en modèle dans la production et l’utilisation de l’hydrogène vert.»

Stations-service pour camions

Avec sa petite flotte de prototypes d’iX5 Hydrogen, BMW souhaite identifier les avantages et les inconvénients de cette technologie dans la vie quotidienne des utilisateurs partout dans le monde. En cas d’essais concluants, un projet de production en série de BMW à hydrogène verra le jour d’ici la fin de la décennie, même s’il faudra choisir le bon moment. «L’hydrogène requiert une infrastructure spécifique. Il faut construire des stations-service pour les camions. Celles-ci deviendront à terme multimodales et accueilleront aussi les voitures», explique Jürgen Guldner.

À ce titre, la Suisse s’est érigée en référence mondiale. Il y a 13 ans, Rolf Huber, ingénieur à l’EPF et manager, commençait à aborder l’hydrogène de manière entrepreneuriale avec sa société H₂ Energy. «Je me suis intéressé à la transition énergétique en effectuant quelques modélisations. J’ai vite compris que l’hydrogène était incontournable. La consommation totale d’énergie en Europe s’élève actuellement à environ 16’000 térawattheures (TWh) par an, dont 2’000 d’électricité», précise Christian Huber . Pour la Suisse, il s’agit de 225 TWh de consommation totale pour 60 TWh d’électricité. «Il ne faut pas réduire l’hydrogène à sa fonction de carburant. Aujourd’hui, certaines centrales renouvelables ne parviennent pas à transférer l’énergie produite en raison de capacités insuffisantes du réseau», affirme-t-il. Le stockage par l’hydrogène contribuera à atténuer ce problème.

La Suisse s’est érigée en modèle dans la production et l’utilisation de l’hydrogène vert, notamment grâce à l’entreprise d’Huber. Le gaz est produit à partir de sources renouvelables dans deux centrales électriques à Niedergösgen et à Saint-Gall, avant d’être distribué aux quatorze stations-service d’hydrogène du pays. D’ici la fin de l’année, vingt stations-service seront reliées au réseau de stations-service à hydrogène le plus dense du monde par habitant.

La BMW iX5 Hydrogen illustre bien l’intérêt de l’hydrogène comme source d’énergie dans les transports: le véhicule fait le plein en trois à quatre minutes et dispose d’une autonomie de 504 kilomètres qui n’est pas impactée par les basses températures. C’est aussi ce qui fait de l’hydrogène une substance d’avenir pour la mobilité, en particulier dans un pays hivernal comme la Suisse.

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Le Dr Jürgen Guldner dirige le programme de recherche sur l’hydrogène du groupe BMW

Voici comment ça marche

Dans les véhicules à hydrogène, la propulsion est assurée par une pile à combustible. Le «carburant», de l’hydrogène gazeux fourni par les stations-service à hydrogène, réagit avec l’oxygène de l’air dans un processus chimique. L’énergie stockée dans l’hydrogène est alors libérée sous forme d’électricité, qui entraîne à son tour un moteur électrique. Si la production se fait par électrolyse de l’eau en utilisant des énergies renouvelables, on parle d’«hydrogène vert», décarboné. L’extraction de l’hydrogène nécessite toutefois beaucoup d’énergie. En conséquence, à l’avenir, l’hydrogène sera produit principalement dans les régions qui présentent un potentiel de rendement élevé d’énergies renouvelables ou à partir des excédents.

Déclaration: Ce contenu est réalisé par la rédaction de Sustainable Switzerland pour le compte du partenaire Partner.

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