Traction ferroviaire à hydrogène

Le 16 septembre 2018, dans la région de Basse-Saxe en Allemagne, les deux premiers trains à hydrogène au monde destinés au transport de passagers sont mis en service commercial. Ces trains sont les Coradia iLint développés par Alstom. En février 2020, après plus de 180 000 km parcourus par ces modèles pré-série, la phase pilote s’est achevée avec succès. Plusieurs régions d’Allemagne ont ainsi validé leurs commandes et en 2023, c’est une quarantaine de trains iLint qui roulent ou sont en production.

L’engouement pour ces trains est porté par la dynamique actuelle autour de l’hydrogène, vecteur énergétique présenté comme un levier incontournable de la transition énergétique. Cette dynamique connaît une ampleur mondiale et l’ensemble des constructeurs ferroviaires se sont lancés dans le développement de ces trains à hydrogène.

Ainsi, en Europe, des trains à hydrogène sont attendus en France, en Italie, en Autriche et au Royaume-Uni d’ici 2025. La Chine, la Corée du Sud, le Japon et la Californie ont également annoncé leur mise en circulation prochaine.

Deux technologies se complètent aujourd’hui : les trains à hydrogène pour les besoins de grande autonomie et les trains à batterie pour les besoins plus courts et connectés à des infrastructures d’alimentation électrique.

Dans les trains à hydrogène, l’alimentation en énergie est assurée par une pile à hydrogène. Celle-ci convertit l’énergie chimique de l’hydrogène en une énergie électrique et ne rejette que de l’eau.

Les piles à hydrogène ne peuvent fonctionner seules et sont systématiquement associée à une source d’énergie électrochimique réversible en courant, telle qu’une batterie lithium-ion. Le rôle de cette dernière est essentiel puisqu’il permet de compléter en puissance les piles à hydrogène et de réduire la consommation d’hydrogène. Un système de contrôle est nécessaire afin de répartir judicieusement l’énergie entre ces deux sources.

Ainsi, lors du dimensionnement du train à hydrogène, le constructeur ferroviaire doit déterminer les caractéristiques de chacune des sources et la stratégie de gestion de l’énergie associée. Ce processus complexe impose de considérer simultanément de nombreux critères tels que la consommation d’hydrogène, l’efficacité des sources et leur durée de vie tout en respectant des contraintes liées à leur encombrement et aux performances dynamiques du train.

Du fait des caractéristiques de l’hydrogène comme sa masse volumique, son stockage doit se faire à haute pression (350 bar par exemple) pour limiter le volume des systèmes de stockage et il nécessite des installations spécifiques de remplissage. Ces stations doivent notamment s’adapter à un ensemble de paramètres pour optimiser les temps de remplissage et limiter les coûts.

L’usage de l’hydrogène comme nouvelle énergie embarquée dans les trains permet de réduire les émissions en comparaison des trains diesel mais entraîne une complexité accrue de l’architecture embarquée ainsi que l’usage de composants nouveaux dont la durée de vie n’est pas encore optimisée.

De plus, les coûts croissants de l’énergie imposent de bien gérer la production et l’usage de l’énergie à bord.