Batterie au lithium ou pile à combustible – à qui appartient l’avenir?

Tentative d’un bilan et d’un pronostic

par Winfried Pogorzelski

Tout le monde parle de la bénédiction des voitures électriques équipées de moteur fonctionnant avec des batteries. Depuis quelque temps déjà, tous les grands constructeurs automobiles proposent des modèles de ce type, des voitures compactes aux voitures moyennes, des berlines de luxe aux «SUV», ces berlines tout-terrain qui peuplent désormais nos rues au-delà de toute reconnaissance. Si vous avez lu les journaux au printemps avec une certaine curiosité pour ce sujet, vous aurez remarqué qu’il y a de plus en plus de reportages sur une autre technologie de propulsion, à savoir la pile à combustible. Elle produit de l’électricité à partir d’hydrogène et d’oxygène et l’utilise pour entraîner un moteur électrique. Un véhicule alimenté de cette manière n’émet aucun polluant, seulement de la vapeur d’eau. Non seulement l’air n’est pas pollué, mais il est même purifié. Est-ce qu’un rêve longtemps caressé se réalise enfin ici, ou est-ce que ce serait un peu plus compliqué après tout?

Il est étonnant que pendant longtemps, on ait aussi peu entendu parler et lu d’information sur la pile à combustible alimentée à l’hydrogène, alors que, pendant de nombreuses années, dans les coulisses, on a travaillé avec ardeur et succès au développement de cette technologie. Peu de gens savent que la Suisse, par exemple, dispose déjà d’un réseau de stations-service à hydrogène, bien que modeste, et qu’un certain nombre de camions circulent entre le lac de Constance et le lac Léman pour le compte de grandes entreprises suisses telles que Coop, Migroset Fenaco.

Voitures électriques à batterie: 
technologie, production, performances 

Au lieu d’un moteur à combustion interne, une voiture électrique courante est équipée d’un moteur électrique, qui – comme les téléphones mobiles et les ordinateurs portables, d’ailleurs – est alimenté par une batterie lithium-ion. Une telle batterie peut être rechargée à plusieurs reprises sur une longue période, ce qui permet d’atteindre une autonomie totale de 50 000 à 100 000 km par véhicule et par batterie. Les voitures électriques sont très agréables à conduire: elles ont une bonne accélération, ne passent qu’une seule vitesse et sont donc composées de beaucoup moins de pièces individuelles qu’un véhicule à essence, ce qui fait qu’elles ont moins besoin d’être réparées et sont donc moins chères à entretenir. Au sol, elles ne produisent aucune émission et fonctionnent presque sans bruit.
    Le lithium, le cobalt, le nickel, le graphite et le platine sont nécessaires à la fabrication des batteries. Les réserves mondiales de ces matériaux devraient être suffisantes pour un certain temps encore. Si l’on tient compte de tous les facteurs, on a calculé que le respect de l’environnement d’un véhicule devient pleinement apparent à partir d’un kilométrage de 50 000 km. Lorsqu’une batterie doit être remplacée, elle peut encore être utilisée comme source d’énergie stationnaire pendant un certain temps, après quoi ses composants peuvent être recyclés.

Inconvénients des 
véhicules électriques à batterie 

Si l’on dresse la liste des inconvénients de ces véhicules, on trouve précisément les points sur lesquels on travaille en permanence à toute vitesse pour les améliorer: trop peu de stations de recharge, temps de recharge relativement long, autonomie insuffisante (actuellement environ 500 km en moyenne), élimination ou réutilisation coûteuse des batteries, gamme de véhicules limitée (jusqu’à présent, principalement des véhicules à partir du milieu de gamme), grand danger en cas d’accident grave, car un incendie dans la batterie ne peut pas être éteint sur place (le véhicule doit être immergé dans un bassin d’eau), prix d’achat élevé.
    En outre, après la dépendance au pétrole et au charbon, l’humanité semble s’orienter vers une nouvelle dépendance à des matières premières encore inconnues du grand public, qui sont en grande partie extraites en Amérique latine et en Asie, avec de graves conséquences pour l’homme et l’environnement; leur élimination finale est coûteuse. Dans le contexte de la forte propagation et du véritable boom de la production de ces véhicules, des intérêts politiques et économiques semblent également jouer un certain rôle, c’est du moins la conclusion d’un film français intitulé «Pécheur contre l’environnement E-car?»

Fonctionnement
d’une voiture à pile à combustible 

Jusqu’à présent cependant, on a très peu entendu parler du développement de cette variante de véhicule électrique. Cela a changé ce printemps. Au lieu d’une batterie lithium-ion, ces véhicules sont équipés d’une pile à combustible et d’un réservoir d’hydrogène. L’hydrogène atteint une densité énergétique très élevée à l’état gazeux, dans lequel il est également stocké dans les stations-service. Dans le processus de production d’énergie, l’hydrogène et l’oxygène sont combinés; ils réagissent l’un avec l’autre pour produire de l’eau (c’est l’inverse de l’électrolyse de l’eau, qui produit de l’hydrogène et de l’oxygène). Ce processus électrochimique produit de la chaleur et de l’énergie électrique. Cette dernière alimente le moteur électrique qui met le véhicule en mouvement. Comme la voiture électrique à batterie, ce type de voiture génère également de l’électricité et de l’énergie électrique mais ne produit aucune émission pendant son fonctionnement. L’autonomie des véhicules utilitaires lourds est plus grande que celle des véhicules à batterie, et il n’est pas nécessaire de les recharger longuement. Faire le plein d’hydrogène ne prend guère plus de temps que de faire le plein de carburant fossile.

L’hydrogène – un fournisseur d’énergie fiable à d’autres égards également 

La production et l’utilisation de l’hydrogène ont également un avenir en dehors de la conduite de voitures équipées de piles à combustible. Il est déjà utilisé à diverses fins, notamment dans l’industrie alimentaire, pour la désulfuration des carburants ou comme combustible pour les flammes sans suie. Toujours dans le contexte de l’accord de l’ONU sur le climat conclu à Paris en 2015, la production d’hydrogène doit être encouragée dans le monde entier afin qu’elle puisse être un fournisseur d’énergie respectueux de l’environnement, non seulement pour la mobilité, mais aussi pour des industries importantes comme la chimie et l’acier. Si la demande d’électricité est générée par des sources renouvelables non constantes telles que le soleil et le vent, la technologie de l’hydrogène peut fournir une alimentation électrique sûre pendant ce que l’on appelle la période d’obscurité – lorsque le soleil ne brille pas et que le vent ne souffle pas.

Inconvénients de la propulsion 
des véhicules à pile à combustible 

Actuellement, 98 % de l’hydrogène est encore produit à partir d’hydrocarbures tels que le gaz naturel, le pétrole brut et le charbon. Environ 40 % d’entre elles sont produites comme sous-produit dans des processus chimiques tels que le raffinage du pétrole brut. La production et le stockage de l’élément nécessitent une grande quantité d’énergie, et cette énergie doit provenir de sources renouvelables pour que le bilan écologique du véhicule à pile à combustible soit positif. L’hydrogène est stocké et transporté sous forme gazeuse à haute pression ou sous forme liquide à moins 253 degrés Celsius dans des réservoirs à double paroi extrêmement isolés. Son utilisation dans les automobiles exige des normes de sécurité élevées en termes d’étanchéité, de sécurité incendie et de sécurité d’éclatement pour garantir une conduite sûre.

L’avenir a déjà commencé 

Pas de vibrations comme sur les camions diesel classiques, fonctionnement souple et sans retard de la boîte automatique à cinq vitesses, développement impressionnant du moment d’une force, bruit de roulement minime dans l’habitacle, même à vitesse maximale sur l’autoroute – c’est avec de tels mots que les conducteurs longue distance s’extasient devant les camions alimentés par l’hydrogène et les piles à combustible.
    Peu de gens savent que la technologie de l’hydrogène est déjà utilisée en Suisse depuis un certain temps, notamment dans le transport lourd de marchandises: depuis octobre 2020, les sept premiers camions de 36 tonnes à pile à combustible de la marque sud-coréenne Hyundaisont en service en Suisse pour Coop, Migros, Fenaco et d’autres grandes entreprises. Cet acte pionnier est rendu possible par le réseau «Association pro mobilité H2 en Suisse» (en collaboration avec Hyundai Hydrogen Mobility et la start-up suisse H2 Energy) auquel appartiennent des exploitants de stations-service et des entreprises de transport. Ce réseau veut mettre en place un transport individuel motorisé sans émission de CO2 dans le cadre d’un cycle fermé de l’hydrogène qui doit être économique, mais aussi écologique: L’hydrogène est produit uniquement avec de l’électricité provenant de sources d’énergie renouvelables. En mars 2021, 46 camions étaient en service, qui peuvent déjà accéder à huit stations-service à hydrogène (AVIA, Agrola, Coop) entre Saint-Gall et Lausanne.
    L’extension du réseau de stations de ravitaillement progresse: cinq sont actuellement en service le long de l’axe est-ouest, ce qui permet d’utiliser les camions dans tout le plateau suisse, entre le lac de Constance et le lac Léman. Un camion de 36 tonnes entièrement chargé et disposant d’une autonomie d’environ 400 km peut déjà se rendre de Lausanne à Saint-Gall sans s’arrêter pour faire le plein. D’ici 2023, une infrastructure nationale devrait être mise en place dans toute la Suisse.
    La propulsion à l’hydrogène est désormais aussi une option pour le transport ferroviaire: le groupe français Alstom, deuxième entreprise mondiale de fabrication de véhicules ferroviaires, a mis au point un train à hydrogène qui peut être utilisé à la place des locomotives diesel là où les lignes ferroviaires ne peuvent pas être bien électrifiées en raison de leur tracé. A partir de 2018, au cours d’une phase de tests de dix-huit mois, un prototype a fait ses débuts dans le nord de l’Allemagne entre Cuxhafen et Buxtehude. Par la suite, ce train a également été testé aux Pays-Bas et en l’Autriche où il a fait ses preuves dans les conditions topographiques les plus difficiles. 

Un regard vers l’avenir: la protection 
du climat est à l’ordre du jour

Martin Schatzmann, rédacteur spécialisé de la section mobilité de la «Neue Zürcher Zeitung», est optimiste: «L’hydrogène conquiert les véhicules utilitaires», voilà le titre d’un de ses récents articles. Cette année, la gamme de véhicules utilitaires tels que les fourgons et les camionnettes de livraison produits parRenaultet le holding automobile Stellantis – composé de Citroën, Opel, Peugeot et d’autres marques – sera élargie. Hyundai, Toyota et Renault produisent également des voitures particulières équipées de piles à combustible.
    Pour les deux types de propulsion alternative – batterie lithium-ion et pile à combustible – les efforts d’optimisation battent leur plein: des travaux sont constamment en cours pour améliorer les véhicules, les rendre plus conviviaux, plus respectueux de l’environnement à la fabrication et à l’exploitation, et surtout plus rentables, et faire en sorte que leurs composants puissent être recyclés.
    La fin du moteur à combustion interne semble inévitable; l’avenir appartient aux nouveaux systèmes d’entraînement présentés ici qui se complèteront les uns les autres. L’élément déclencheur le plus important de cette évolution sans doute irréversible sera probablement les décisions prises lors de la conférence des Nations unies sur le changement climatique de 2015 à Paris, au cours de laquelle les pays participants se sont engagés à faire tout ce qui était en leur pouvoir pour réduire à zéro les émissions de gaz à effet de serre d’ici la période comprise entre 2045 et 2060, afin de ramener le réchauffement de la planète en dessous de 1,5 degré Celsius. Cet objectif ambitieux alimente les discussions sur notre mobilité future mais aussi, dans une large mesure, les débats politiques actuels et les campagnes électorales.

Sources :
Aeberli, Philipp. «Noch lange nicht ausgedient»; dans: Aargauer Zeitung, 24 avril 2021.
Forster, Christof. «Wie ein SVP-Nationalrat das Klima mit Wasserstoff retten will»; dans: Neue Zürcher Zeitung du 3 mai 2021.
Association pro mobilité  H2 en Suisse https://h2mobilitaet.ch/fr/infos/
Knellwolf, Bruno. «Volldampf mit Wasserstoff, Adieu Diesel! Ab März 2022 wird in Deutschland der erste Wasserstoffzug nach Fahrplan fahren»; dans: Aargauer Zeitung, 15/05/21, p. 9.
Kuhn, Lothar. «Expertenstreit: Ist Brennstoffzelle oder Akku klimafreundlicher?»dans Edison Media – Home of Generation E 2021 le 26 juillet 2019, 
https://edison.media/erklaeren/expertenstreit-ist-brennstoffzelle-oder-akku-klimafreundlicher/24844360.html.
Manfredi, Stefan. «Wasserstoff: Zukunft ist schon Realität. Eine spezielle Kreislaufwirtschaft macht aus der Fiktion Wasserstoff in der Schweiz bereits Realität»; dans: Aargauer Zeitung, 25 mars 2021.
Perez, Jean-Louis; Pitron, Guillaume. «Umweltsünder E-Auto?», documentaire France 2018 (arte), 90 min, https://www.youtube.com/ watch?v=q6gCdCC-HWo
Rother, Franz W. «Auf die Mischung kommt es an, E-Mobilität», 28 juin 2019, https://edison.media/erklaeren/auf-die-richtige-mischung-kommt-esan/2450652.
Saheb, Alexander. «Ganz weit vorn mit Wasser-stoff»; dans: Réseau GS1 en ligne Le magazine de la logistique, de la chaîne d’approvisionnement et de la gestion de la demande, 16 déc. 2020 https://www.gs1network.ch/schwerpunkt/2020/netzwerke-statt-hierarchien,-4-2020/ item/2081-quite-ahead-with-hydrogen.html.
Schatzmann, Martin. «Weisse Fahne am Auspuff zeigt den Aufbruch an»; dans: Neue Zürcher Zeitung, 27/03/21, p. 56f.
Schatzmann, Martin. «Wasserstoff erobert Nutzfahrzeuge»; dans: Neue Zürcher Zeitung du 24/04/21, p. 56f.
Sprenger, Stefan. «‹Was für ein geiles Ding› Auf Probefahrt mit dem Wasserstoffauto Toyota Mirai – Eine Neuheit, die Zukunft haben sollte»; dans: Der Freiämter, 26/03/21, p. 22, https://www.derfreiaemter.ch/probefahrt-mit-wasserstoff-auto

 

 

 

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