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RÉSUMÉ
La traction ferroviaire à base d'hydrogène est une technologie prometteuse pour le secteur des transports. L'article discute son utilisation dans le contexte de la transition énergétique, examine les caractéristiques de l'hydrogène, décrit la chaîne de traction à hydrogène, y compris les rôles des composants, et discute des avantages comme la réduction des émissions et la rapidité de ravitaillement. Les limites de la technologie sont également explorées, et l'article conclut en soulignant son importance dans la transition vers une mobilité durable.
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Hydrogen-based rail traction is a promising technology for the transport sector. The article discusses its use in the context of the energy transition, examines the characteristics of hydrogen, describes the hydrogen traction chain, including the roles of components, and discusses benefits such as reduced emissions and faster refueling. The limitations of this technology are also explored, and the article concludes by highlighting its importance in the transition to sustainable mobility.
Auteur(s)
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Samuel HIBON : Directeur Efficacité Énergétique - Alstom, France
INTRODUCTION
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.
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MOTS-CLÉS
mobilité durable stockage de l'hydrogène technologie de propulsion traction électrique ferroviaire
KEYWORDS
sustainable mobility | hydrogen storage | propulsion technology | electric railway traction
DOI (Digital Object Identifier)
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La chaîne de traction à hydrogène
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2. Caractéristiques de l'hydrogène
L'utilisation de l'hydrogène comme vecteur énergétique dans la traction ferroviaire présente des caractéristiques spécifiques qui le rendent attractif pour une transition vers des solutions plus durables. Cette section se concentre sur les propriétés physiques et chimiques de l'hydrogène, ainsi que sur les différentes méthodes de production et leur impact environnemental.
2.1 Propriétés physiques et chimiques de l'hydrogène
L'hydrogène est le plus léger des éléments chimiques, avec un atome composé d'un proton et d'un électron. Sa masse molaire faible lui confère une densité énergétique élevée par unité de masse, ce qui en fait un excellent candidat pour le stockage et le transport d'énergie. Cependant, en termes de densité volumique, l'hydrogène présente une valeur relativement faible, ce qui signifie qu'il occupe beaucoup d'espace par rapport à d'autres combustibles comme le diesel. Par exemple, la densité volumique de l'hydrogène à une pression de 700 bar est d'environ 42 kg/m3 (et 21 kg/m3 à 350 bar), tandis que la densité volumique du diesel est d'environ 830 kg/m3. Cela nécessite des systèmes de stockage et de distribution spécifiques pour l'hydrogène, mais également des réservoirs plus volumineux pour une autonomie similaire à celle des trains conventionnels.
La figure 1 présente la différence de densité énergétique volumique très favorable au diesel alors que la densité massique est plutôt favorable à l’hydrogène.
La faible taille de la molécule dihydrogène H2 en fait également un gaz extrêmement compliqué à gérer en termes de fuites que ce soit en stockage ou en distribution. Il est capable de passer à travers certains matériaux considérés alors comme poreux à l’hydrogène.
Il existe également un débat sur la présence d’hydrogène dans l’atmosphère au niveau de son impact sur l’effet de serre. Cependant, tout n’est pas si simple. Sa vitesse de libération est telle que la molécule s’échappe naturellement de l’attraction terrestre pour aller dans l’espace. Cependant, une partie pourrait participer à l’effet de serre en réagissant avec d’autres gaz présents dans l’atmosphère. Trop...
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Caractéristiques de l'hydrogène
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BOHM (M.), FERNANDEZ (A.), PAGENKOOF (J.), VARELA (M.), HERWARTZ-POLSTER (S.), NIETO CALDERON (B.) - * - . – Review and comparison of worldwide hydrogen activities in the rail sector with special focus on onboard storage and refueling technologies (2022).
-
(2) - SUN (Y.), ANWAR (M.), SPIRYAGIN (M.), COLE (C.) - * - . – A review of hydrogen technologies and engineering solutions for railway vehicle design and operations (2021).
-
(3) - LORENZO (C.) - * - . – Méthodologie et outils pour l’optimisation multicritères d’une architecture de train hybride à hydrogène (2021).
-
(4) - AFHYPAC (F.) - Guide pratique – Déployer les stations hydrogène dans votre territoire. - https://www.afhypac.org/documents/divers/GUIDE-STATION-HYDROGENE-WEB.pdf (2018).
-
(5) - S. International - * - . – SAE J2799 – Hydrogen Surface Vehicle to Station Communications Hardware and Software (2019).
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