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RÉSUMÉ
Avec plus de 9 millions de voitures électriques vendues dans le monde entier en 2023, le véhicule électrique est devenu un moyen de transport individuel important. Environ 14 500 voitures à hydrogène ont été vendues à la même époque marquant un intérêt naissant dans ce domaine. Cet article présente quelques aspects énergétiques liés à ce type de mobilité. De l’électricité est nécessaire pour charger les batteries qui sont le cœur du véhicule électrique. Elle devrait aussi être utilisée pour produire de l’hydrogène par électrolyse qui alimentera la pile à combustible de la voiture à hydrogène. L’objectif de ces véhicules est de réduire l’impact de la mobilité sur l’environnement. Quelques aspects économiques seront aussi brièvement abordés.
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Christian NGÔ : Edmonium
INTRODUCTION
Pour réduire la consommation de pétrole et diminuer les émissions de CO2, beaucoup de pays songent à introduire des véhicules utilisant l’électricité comme source d’énergie, ce qui implique de décarboner l’électricité, en ayant recours aux énergies renouvelables ou au nucléaire. En Europe, par exemple, il sera interdit de commercialiser des véhicules neufs utilisant un moteur à combustion interne à partir de 2035. L’hydrogène est envisagé comme carburant alternatif car, n’émettant pas de CO2 en fonctionnement, il n’est pas concerné par cette interdiction.
Cette décision européenne, de nature politique, a été prise sans mesurer les conséquences qu’elle va entraîner aux niveaux énergétique, économique et sociétal. Le domaine de l’automobile, où l’industrie européenne est aujourd’hui en avance sur le reste du monde pour ce qui est des véhicules thermiques, risque d’être affaiblie ou en partie démantelée au profit principalement des véhicules chinois. Or, on estime qu’il y a, en Europe, 2,6 millions d’emplois directs dans l’industrie automobile et 12,7 millions d’emplois indirects. Au total, cela concerne de 14 à 15 millions d’emplois soit 7 % du nombre d’emplois européens.
Il est important de noter que si le pétrole est une source d’énergie, l’électricité et l’hydrogène ne sont que des vecteurs énergétiques : il faut de l’énergie pour les produire. Pour l’hydrogène, on sait qu’il existe des sources naturelles mais leur production, si elle est développée à un niveau industriel un jour, ne suffira sans doute pas pour satisfaire la demande des transports.
Dans cet article, nous allons principalement nous intéresser aux aspects énergétiques de la voiture électrique et de la voiture à hydrogène. Nous évaluerons quelques ordres de grandeur des capacités requises dans ce domaine. Le lecteur pourra affiner celles-ci pour ses besoins particuliers.
Nous aborderons aussi quelques aspects économiques mais en nous focalisant plutôt sur les coûts et non sur les prix. En effet, ces derniers peuvent être très différents des coûts en raison de taxes diverses imposées par les États. Par exemple, en France, les taxes sur l’essence et le gazole représentent approximativement 60 % du prix que paye le consommateur. Ces taxes sont de nature variable et dépendent de la politique du moment. Le coût quant à lui dépend du prix du pétrole brut qui varie selon l’offre et la demande, des coûts de production et de transport, du coût du raffinage et des opérations nécessaires à la production du carburant ainsi que la marge réalisée par les différents acteurs de l’achat du pétrole à sa distribution. À ce coût se rajoute des taxes qui conduisent au prix que paye l’utilisateur. Pour l’électricité on a aussi une différence entre le coût et le prix et celle-ci peut varier au cours du temps selon les politiques adoptées.
Si la part de succès ou d’échecs concernant les véhicules électriques dépend des avancées technologiques, elle est aussi liée à d’autres aspects dont certains psychologiques et sociétaux. Parmi les points qui freinent une adoption rapide de ces véhicules, on trouve le problème du ravitaillement en énergie, le prix d’achat et d’utilisation, etc.
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Supercondensateur. Le moteur électrique5. La pile à combustible
Pour la voiture à hydrogène, la pile à combustible est le système permettant de fournir l’électricité nécessaire au fonctionnement du ou des moteurs électriques. Comme pour les batteries Li-ion, plusieurs technologies ont été développées mais celle qui s’est imposée pour la mobilité est la PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell).
5.1 Principe
Dans la plupart des technologies, la pile à combustible permet de réaliser l’inverse de l’électrolyse de l’eau. L’hydrogène et l’oxygène de l’air réagissent au sein de la pile à combustible pour produire de l’électricité, de la chaleur et de l’eau. Son principe a été découvert en 1839 par Christian Schönbein et le premier prototype a été réalisé par le Britannique Sir William Grove. Même si le principe est simple, sa réalisation est difficile. Dans les années 1960, la NASA a utilisé des piles à combustibles pour produire de l’électricité et de l’eau dans les capsules de ses programmes spatiaux (Gemini et Apollo). Ceux qui ont suivi cette conquête spatiale se souviennent qu’elles n’étaient pas encore d’une fiabilité exemplaire.
HAUT DE PAGE5.2 Différentes technologies
Il existe différentes technologies de piles à combustible. La figure 9 indique celles qui ont été développées. L’AFC a été utilisée dans les programmes spatiaux. Entre 1966 et 1972, 3 piles AFC de 1,5 kW ont été utilisées dans le programme Apollo et la navette spatiale a utilisée des piles AFC de 12 kW entre 1981 et 2007. La DMFC a la particularité d’utiliser du méthanol au lieu de l’hydrogène ce qui la rend intéressante pour les systèmes nomades de faible dimension comme des ordinateurs portables, par exemple.
Aujourd’hui deux technologies dominent le marché : la PEMFC qui est utilisée dans les véhicules utilisant l’hydrogène comme carburant et la SOFC qui a sa place dans les installations stationnaires comme des immeubles, par exemple. La SOFC fonctionne à haute température, environ 800 °C, n’a pas besoin de catalyseur onéreux et peut fournir des puissances entre 1 kW...
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La pile à combustible
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SMIL (V.) - Energies, An illustrated guide to the biosphere ans civilization. - MIT Press (1998).
-
(2) - HORSE (R.) - Calcul-besoins-energetiques-cheval. - (2024). https://www.royal-horse.com/fr/conseil/calcul-besoins-energetiques-cheval/
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(3) - NGÔ (C.) - Déchets, effluents et pollution. Impact sur l’environnement et la santé. - 3e édition, DUNOD (2012).
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(4) - BELLU (S.) - Les automobiles : des origines à l’an 2000. - Larousse (1993).
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(5) - AUTOMOBILE-PROPRE.COM - L’histoire de la voiture électrique. Chapitre 1. - (2023). https://www.youtube.com/watch?v=YLVrSn8wtYk&t=39s
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(6) - WIKIPEDIA - Wikipedia - (2024). https://www.wikipedia.fr
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