IFPEN s’investit dans la mobilité hydrogène
Mobilité et hydrogène : un levier pour décarboner le transport terrestre
C’est dans la périphérie de Lyon, à Solaize, que les experts d’IFPEN* nous ont donné rendez-vous afin de nous présenter leurs 2 bancs d’essai dédiés à l’hydrogène. François Kalaydjian, Directeur Economie et Veille et Coordinateur Hydrogène, nous a exposé les objectifs d’IFPEN, qui dispose, pour ce faire, de moyens expérimentaux et de calculs uniques en France.
À l’heure actuelle, l’hydrogène est essentiellement utilisé pour ses qualités de réactivités chimiques bien connues dans des industries spécifiques telles que le raffinage ou encore la production d’engrais, mais on sait que l’on peut faire plus encore avec l’hydrogène puisque c’est aussi un composé doué d’une bonne qualité énergétique, et c’est de cela particulièrement qu’IFPEN* veut tirer le meilleur parti en travaillant sur les deux voies qu’offre la mobilité hydrogène : le moteur à hydrogène (thermique) et la pile à combustible alimentée à l’hydrogène.
Même si l’hydrogène est aujourd’hui produit à partir de ressources fossiles, demain il le sera de manière décarbonée, et à ce titre pourra prétendre jouer un rôle clé dans l’atteinte de la neutralité carbone à l’horizon 2050, afin de limiter la hausse des températures sur notre planète.
Dans le cadre de la transition énergétique, on estime que d’ici à 2050, l’hydrogène pourrait contribuer à 15% du mix énergétique.
L’hydrogène : un levier pour contribuer à décarboner le transport
Logiquement, la demande en hydrogène vert** va s’accroître, puisque l’hydrogène peut aider à décarboner certains segments du transport terrestre.
Trois propriétés sont à garder en tête avec l’hydrogène, quand on fait un focus sur le transport terrestre lourd :
- la rapidité de temps de recharge,
- l’autonomie qui peut être retirée grâce au contenu énergétique généré par l’hydrogène,
- la capacité de l’hydrogène à répondre à un besoin important en énergie.
Pour les véhicules de taille intermédiaire, la batterie semble être la solution, mais dès lors que l’on souhaite « décoller » plus de charge et que l’on veut aussi plus d’autonomie, il faut passer à l’hydrogène, que ce soit pour les bus ou pour les poids lourds de 40 T.
À partir de 2019, IFPEN a collaboré étroitement avec un écosystème d’industriels pour avancer sur les deux solutions de mobilité hydrogène : utilisation dans une pile à combustible (PàC) et injection directe dans un moteur thermique. Fort de son expertise dans l’optimisation énergétique des systèmes et dans l’amélioration des rendements des moteurs essence et gaz, l’entité se sert notamment de l’outil de simulation Simcenter Amesim de Siemens et des outils de modélisation de la combustion, développés avec CSI, éditeur du logiciel Converge, et bien entendu en soutien de ses moyens expérimentaux propres.
Concernant ses recherches sur les « moteurs hydrogène », IFPEN s’est également doté de deux bancs d’essai dédiés. Pour les besoins de cette motorisation, des solutions technologiques permettant d’obtenir à la fois un très haut rendement et de très faibles émissions d’oxydes d’azote (NOx) ont été sélectionnées : système de combustion en mélange pauvre dérivé des technologies essence, injection directe, suralimentation.
Avec une durée de vie identique à celle des motorisations thermiques existantes, la motorisation hydrogène est en capacité d’avoir un coût raisonnable et plutôt compétitif puisque, selon IPFEN, la technologie est mature et les investissements de production limités. D’autres parts, cette motorisation n’a pas besoin d’un hydrogène pur, ce qui peut être un atout quant à la distribution du carburant.
« Le déploiement du moteur thermique hydrogène contribuera à accélérer la transition énergétique dans les transports pour certains types d’usages, en particulier pour le poids lourd long routier. Nous estimons que des camions prototypes intégrant un moteur à combustion hydrogène devraient voir le jour à horizon 2022-2023 » commente Bertrand Gatellier, responsable du programme Motorisations et Systèmes au sein d’IFPEN.
IFPEN
Pour accélerer les recherches sur le sujet, un nouveau banc d’essai de systèmes piles à combustible (PaC) d’une puissance de 210 kW, unique en France, vient d’être mis en service dans les laboratoires de Solaize.
Des expérimentations concernant l’utilisation des piles à combustible alimentées à l’hydrogène dans les véhicules électrifiés, notamment pour le transport routier lourd (bus, camion) et ferroviaire sont en cours dans cette optique.
La pile à combustible : une solution d’avenir
L’hydrogène qui alimente une pile à combustible génératrice d’électricité, propose une autre solution prometteuse au véhicule électrique à batterie. Donnant la possibilité de réduire fortement la taille de la batterie d’un véhicule électrique (jusqu’à 90%), une pile à combustible génère des gains conséquents en termes de masse embarquée, d’autonomie et de temps de recharge.
« L’objectif des travaux qui vont être conduits sur le nouveau banc est d’optimiser la gestion de l’énergie du système PaC dans le véhicule et d’en réduire les coûts. Pour ce faire, les tests porteront sur la durabilité, l’autonomie, le refroidissement, les purges et le contrôle du fonctionnement des systèmes piles à combustible. »
IPFEN
« Forts de notre expérience acquise depuis une dizaine d’années sur les véhicules à batterie, notre ambition est de pouvoir prédire le vieillissement des piles à combustible en conditions réelles d’utilisation. Il s’agit d’un enjeu central pour assurer la compétitivité de la technologie, et encore plus pour les véhicules lourds qui peuvent fonctionner pendant des dizaines de milliers d’heures. Actuellement, les systèmes piles à combustible ne peuvent pas encore tenir cette durée de vie », explique Pierre Leduc, Chef de projet Véhicules électrifiés et piles à combustible.
IPFEN
À noter que le nouveau banc d’essai pour piles à combustible est situé dans le même bâtiment que celui déjà installé en 2021 pour les moteurs à hydrogène, ce dernier représente aussi un travail de recherche réalisé en collaboration avec les équipes de Renault Trucks. Ainsi de par cette proximité, des compétences et les infrastructures sont mutualisées (réseau hydrogène, systèmes sécurité, etc.).
CGM pour Truckeditions
* IFPEN : IFP Energies nouvelles : acteur dans la recherche et dans la formation de nos futurs ingénieurs, IFP Energies nouvelles est partie prenante dans la recherche et l’innovation et dans la formation pour notamment les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement.
** L’hydrogène Vert est produit à partir d’un processus d’électrolyse de l’eau, il est « vert » si le processus se fait avec de l’électricité renouvelable, dans ce cas, l’hydrogène est réalisé à partir d’énergie renouvelable. Pour mémo : l’électrolyse a pour objectif de décomposer l’eau (H2O) à l’aide d’un courant électrique. Il en résulte alors du dioxygène O2 et du H2.