Le duel batteries-hydrogène pour la motorisation décarbonée du transport routier

François Chabannes

Coprésident de la Fondation d’entreprise Alcen pour la Connaissance des Énergies

Dans le monde, en 2018, le milliard et demi de véhicules circulant sur les routes grâce à la combustion d’hydrocarbures fossiles aura émis environ 6 milliards de tonnes de dioxyde de carbone, soit plus de 15% des près de 37 milliards de tonnes de CO2 dispersées cette année-là dans l’atmosphère(1).

La transition énergétique impose de substituer rapidement des motorisations totalement décarbonées aux moteurs à combustion interne (MCI) actuels.

La voiture « standard » actuelle exige une énergie d’environ 15 kWh pour vaincre, sur 100 km, les résistances que l’air et le sol opposent à son avancement. Le moteur à combustion interne qui la motorise a un rendement, du carburant à la roue, limité à 25%. Il lui faut donc 6 litres pour parcourir 100 km, sachant que le litre d’essence contient environ 10 kWh d’énergie.

Avec un réservoir de 50 litres, pesant environ 50 kg à vide, l’automobile actuelle a une autonomie de 700 à 800 km. Mais la combustion de cette essence « fossile » produira au moins 100 g de CO2 par km parcouru, soit 10 kg aux 100 km. Le moteur à combustion interne d’hydrocarbures fossiles menace donc directement le climat et doit disparaître dès que possible.

Le moteur électrique, dans ses versions adaptées aux puissances importantes (˃ 10 kW) alimentées en courant alternatif, apparaît tout de suite comme la solution idéale pour se substituer au MCI. Son rendement est excellent (85% et même 90% en version synchrone, triphasée, à aimants permanents). 18 kWh lui suffisent pour motoriser une voiture standard sur 100 km. Pour une autonomie de 700 km, 130 kWh lui sont donc suffisants, soit l’équivalent de 13 l d’essence, au lieu d’environ 50 l pour un MCI performant (7 l/100 km). Par ailleurs, son poids et son encombrement sont trois à quatre fois inférieurs à celui-ci ; on peut le diviser et le répartir entre les quatre essieux du véhicule ; on peut récupérer de l’énergie cinétique pendant la décélération, son circuit d’alimentation (onduleur) étant réversible.

Le match entre moteur thermique et électrique est ainsi gagné sans appel par ce dernier, ce qui en fait une solution acquise pour l’avenir de la motorisation routière décarbonée. Elle sera électrique « à la roue ».

Mais comment alimenter ce moteur avec de l’énergie électrique stockée à bord du véhicule ?

Deux solutions s’affrontent : les batteries lithium-ion (Li-ion), stockant sous forme électrochimique les kilowattheures directement utilisables par le bloc moteur, ou l’hydrogène embarqué dans un réservoir sous très haute pression (700 bars)(2) alimentant une pile à combustible le transformant en électricité.

Le stockage à bord par batterie rechargeable

1) Les batteries au plomb

Les premières batteries rechargeables au plomb datent du 19e siècle (Gaston Plante – 1859) et équipent encore aujourd’hui la quasi-totalité des véhicules à moteur thermique dont elles assurent principalement le démarrage, grâce à leur capacité à fournir des intensités élevées pendant des temps courts.

Les batteries au plomb sont constituées de deux électrodes Pb trempant dans une dilution d’acide sulfurique H2SO4. À la charge, la cathode – fixe le plomb que le courant électrique a dissocié de l’anode +. À la décharge, le reflux du plomb jusqu’à l’anode crée un courant électrique dans le circuit extérieur.

Les défauts majeurs des batteries au plomb sont leur très faible densité massique (15 à 30 Wh/kg), leur poids et la toxicité du plomb. Cependant, malgré des efforts ininterrompus pour l’améliorer ou la remplacer (sodium-soufre notamment), cette technologie a traversé le 20e siècle sans évolution majeure, fait rarissime, en s’imposant dans la durée par un coût de revient au Wh très faible.

2) Les batteries lithium-ion

Dans ce type de batterie, l’ion lithium+ se déplace entre deux électrodes, la cathode (graphite par exemple) à laquelle il est peu lié, l’anode+ (oxyde de cobalt par exemple) pour laquelle il a une forte affinité. Les deux électrodes baignent dans un électrolyte liquide (sel de lithium). Lors de la charge, l’ion Li+ est inséré « de force » dans le graphite. Pendant la décharge, les ions Li+ rejoignent l’anode et les électrons e- migrent vers la cathode.

Les batteries Li-ion ont la qualité majeure de posséder une capacité élevée de stockage d’énergie électrique massique, de 100 à 250 Wh/kg, pour un poids faible, le lithium étant très léger. Elles sont donc particulièrement adaptées au stockage d’électricité embarqué. Leurs principaux défauts sont leur fragilité aux cycles de charge-décharge, qui nécessitent des protocoles rigoureux, leur sensibilité à la température et la réactivité de leurs électrolytes solides. Les batteries Li-ion puissantes sont ainsi équipées d’un circuit de régulation et de protection (BMS : Battery Management System).

Dans les années 1990, l’explosion de l’informatique individuelle suivie de celle des smartphones a rendu crucial le besoin en batteries portables à haute densité d’énergie et de petites puissances. Les petites batteries rechargeables Li-ion ont alors été développées dans l’urgence et ont conquis durablement ces marchés.

Dans un second temps, à partir des années 2000, la prise de conscience climatique commençant à peser en faveur d’une décarbonation rapide de la mobilité, un passage à la voiture électrique est apparu comme la voie à privilégier.

Vers 2010, la maîtrise de l’assemblage des cellules Li-ion en grand nombre étant acquise (stacks), les premières batteries dépassant les 100 Wh/kg furent disponibles et, avec elles, des prototypes de véhicules électriques atteignant 150 km d’autonomie avec 300 kg de batterie, le prix de celle-ci comptant pour près de la moitié de celui du véhicule.

Dès lors, la pression climatique s’intensifiant (COP21, 2015) ainsi que les subventions gouvernementales associées, des efforts considérables en R&D et en investissements dans les infrastructures ont porté sur la densité énergétiques des batteries Li-ion et sur les réseaux de recharge des voitures électriques.

En 2018, des densités de 200 Wh/kg sont maintenant proposées et, en autonomie, la compétitivité avec les voitures thermiques pour une recharge n’est plus hors de portée (700 km). De même, près de 25 000 bornes de recharge sont accessibles au public en France (à fin novembre 2018), dont 1 100 de recharge rapide.

À l’échelle mondiale, les grandes manœuvres industrielles, pour dominer un marché de la batterie automobile qui s’annonce gigantesque, sont déjà largement lancées. L’European Battery Alliance ambitionne de constituer l’Airbus européen face au monopole asiatique qui se dessine, de plus en plus menaçant, autour du géant chinois (CATL).

Simultanément, depuis le début de la décennie, l’hydrogène couplé à la pile à combustible a, lui aussi, posé sa candidature à la mobilité décarbonée.

L’hydrogène, combustible pour la mobilité décarbonée ?

On sait que l’hydrogène est le plus énergétique des gaz. Il contient 33 kWh/kg, soit plus que 3 kg de pétrole. Mais c’est aussi le plus léger des gaz. Il faut au moins le comprimer à 700 bars pour que 7 litres d’hydrogène à cette pression contiennent l’équivalent d’un litre d’essence, et cette compression consomme 15% de l’énergie qu’il contient. On peut aussi le liquéfier : 4 l d’H2 liquide à - 253°C contiennent alors la même énergie qu’un litre d’essence.

Alors pour stocker à bord d’un véhicule l’équivalent énergétique en hydrogène d’un réservoir d’essence courant de 40 litres, pesant 40 kg, il faut un réservoir presque 10 fois plus gros et 6 fois plus lourd, résistant à une pression interne de 700 bars (matériaux composites).

Mais la combustion de l’hydrogène dans l’air donne de l’eau, ce qui qualifie l’hydrogène comme un combustible candidat à la transition énergétique.

1) La voiture à hydrogène

On a vu que le moteur électrique (triphasé, synchrone) à très haut rendement s’impose actuellement comme l’étape finale de la motorisation. Dans un véhicule à hydrogène, ce moteur est alimenté par une pile à combustible (PAC ou FCEV(3)) qui lui fournit de l’électricité à partir d’hydrogène sous haute pression.

2) La pile à combustible

Inventée en même temps que l’électrolyse au 19e siècle (1838), la pile à combustible utilise l’effet inverse. L’hydrogène injecté sur l’anode+ se dissocie en protons et électrons ; ces derniers ne pouvant traverser l’électrolyte passent par le circuit électrique externe, les protons H+, eux, traversent une membrane sélective ultra-fine et viennent se recombiner avec l’air injecté sur la cathode- et donner de l’eau, de la chaleur et de l’électricité.

D’un rendement proche de 50%, la technologie PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell), parce qu’elle est adaptée aux températures moyennes de l’utilisation de l’eau (20-100 °C), est privilégiée contre les technologies SOFC (Solid Oxyde Fuel Cell) aux meilleurs rendements mais qui exigent des températures élevées (800°C).

Dans les premières voitures H2 actuellement commercialisées (2017 - Mirai de Toyota), la pile à combustible développe 115 kW vers un moteur électrique de même puissance.

Au-delà des qualités d’autonomie et de rapidité de recharge associées à l’hydrogène, les performances de la PAC constituent aujourd’hui la clé de la compétitivité du véhicule. Un premier obstacle est la durée de vie, aujourd’hui de quelques milliers d’heures, alors que l’objectif est de 2 à 5 ans (de l’ordre de 20 000 à 45 000 h).

Le second obstacle est le coût. Certaines des technologies-clés des PAC sont extrêmement chères, en particulier les membranes transparentes aux ions H+, le platine catalysant la dissociation ainsi que le graphène des électrodes. Le problème reste que, jusqu’ici, les technologies PEMFC n’ont pas été industrialisées au-delà de quelques milliers d’exemplaires.

La conséquence est qu’aujourd’hui, le prix d’une PAC est de l’ordre de 6 000 à 7 000 €(4) pour 110 à 130 kW, prix qu’il faudrait réduire d’au moins un ordre de grandeur pour rivaliser avec les batteries qui sont en pleine progression aussi sur ce point.

3) Le réservoir à hydrogène

Le stockage de l’hydrogène embarqué dans un véhicule se fait aujourd’hui dans un réservoir sous très haute pression (700 bars). 1 kg d’hydrogène correspond environ à une autonomie de 100 km. Les réservoirs des premières voitures à hydrogène contiennent 5 kg d’H2, à 700 bars, dans un volume de 125 litres et pèsent environ 130 kg, s’ajoutant à un poids de PAC d’environ 100 kg. On est loin de la compétitivité avec une voiture thermique, mais des autonomies très grandes sont envisageables, au contraire des batteries actuelles dont le poids leur est proportionnel (1 kg/km).

Notons que les technologies de distribution et de stockage de l’hydrogène pour les usages routiers exigent de très grandes étanchéités opérationnelles, l’hydrogène étant par sa faible densité et sa réactivité, extrêmement « fuitard » et explosif dans l’air (Fukushima Daiichi).

4) Commercialisation et infrastructures

En 2019, seuls Toyota (Mirai), Honda (Clarity) et Hyundai (Nexo) ont commercialisé des voitures à hydrogène, à des prix très élevés autour de 70 000 à 80 000 € et avec des niveaux de développement de prototypes.

Ainsi, pas plus de 6 000 voitures à hydrogène sont aujourd’hui en circulation dans le monde, le facteur limitant étant le manque d’infrastructures de distribution. En France, en 2019, une vingtaine de stations de distribution H2 sont en service pour environ 300 véhicules, essentiellement urbains (Hype). Là aussi, les coûts d’investissements sont rédhibitoires (un million d’euros par station alors que le coût par borne de recharge rapide est de 10 000 à 20 000  € (110 000 bornes dans le monde).

La guerre batterie-hydrogène n’aura pas lieu

1) Certes l’hydrogène a la physique pour lui… (mais pas la chimie)

En densité massique d’énergie, l’hydrogène contient 40 kWh/kg alors qu’une batterie Li-ion atteint 200 Wh/kg.

En autonomie et poids, pour 500 km d’autonomie, il faut :

  • 5 kg d’H2 dans un réservoir de 125 l pesant 130 kg (+ 100 kg de PAC) ;
  • 500 kg de batteries (occupant la place de 5 personnes).

En temps de recharge :

  • H2 : plein en 5 minutes ;
  • Batterie : de 30 minutes (rapide) à 8-10 h.

2) Mais en rendement cumulé, la batterie (70%) est trois fois supérieure à la filière hydrogène, de l’électricité à la roue.

Avec la batterie, tout se passe à bord du véhicule (hors pertes en réseaux – rendement de 95%), la suite des opérations étant la charge (rendement de 99%), la transformation DC/AC en sortie de batterie (92%), l’onduleur (90%), le moteur (90%), soit un rendement global de l’ordre de 70% à 75%.

Avec l’hydrogène, la filière commence au sol. À partir d’un approvisionnement en électricité décarbonée, H2 est produit par électrolyse (rendement 70-80%), puis comprimé à 700 bars (85%), enfin transporté et livré (90%).

Une fois à bord, H2 est retransformé en électricité par la PAC (50-70%), elle-même redressée de DC en AC (92%), ondulée (90%) et motorisée (90%).

Le rendement global pour la filière hydrogène est donc de l’ordre de 20% à 33%.

L’alimentation directe par batterie a donc un rendement 2 à 3 fois supérieur à l’hydrogène + PAC, avec un avantage en « simplicité » qui se traduit drastiquement en coûts d’exploitation, de maintenance et d’investissement.

3) Les coûts kilométriques « à la pompe »

En 2019, l’hydrogène est commercialisé à 11-15 € le kg (33 kWh). À la pompe, l’électricité peut typiquement être facturée de l'ordre de 0,25 €/kWh sur une borne de recharge publique en France (différences de prix en fonction des réseaux de recharge), la recharge étant moins coûteuse à domicile. 

La voiture électrique à batterie consomme 15 à 20 kWh aux 100 km, soit 4 à 5 € / 100 km.

La voiture électrique à hydrogène consomme 1 kg H2 aux 100 km, soit 11 à 15 € / 100 km.

Il y a un rapport 3 en faveur de la batterie.

4) L’offre automobile

Au Salon de l’Auto de mars 2019, plus de 20 modèles de voitures électriques à batterie étaient proposés, dont 5 nouveaux avec des autonomies supérieures à 400 km pour des prix de l’ordre de 35 000 €. Dans le monde, les ventes sont en très forte croissance (+ 20 à 30%) et l’AIE prévoit, en 2030, environ 125 millions de VE, pour plus de 3 millions en 2018, soit 40 fois plus. Dans cette prévision, l’hydrogène n’est pas (encore ?) présent.

5) Le poids de l’innovation

La batterie Li-ion n’a cessé de progresser au service du véhicule électrique, en particulier en densité d’énergie, et le créneau de la supériorité en autonomie qui faisait l’attractivité initiale de l’hydrogène s’est progressivement rétréci. La progression vers le Li-ion à électrolyte solide en particulier, rendant possible des autonomies de 600 km, et des pleins en moins de 10 minutes, grâce à des accus au graphène, grignote actuellement les espoirs qu’avaient suscité les qualités exceptionnelles de l’hydrogène et, en ce qui concerne la mobilité routière pour le grand public, le KO est sans doute proche.

6) L’accès aux métaux rares

Dans la rivalité batterie-hydrogène pour l’alimentation embarquée des voitures électriques, les approvisionnements en lithium pour les batteries et en platine pour les piles à hydrogène sont encore perçus comme des paramètres critiques menaçant par leur rareté le développement de ces deux technologies.

Les batteries Li-ion commercialisées font en effet non seulement un large usage du lithium (3 à 5 kg par véhicule), mais aussi de cobalt, de nickel, de manganèse dans des substrats d’aluminium, de carbone et de cuivre pour la réalisation de leurs électrodes et de leurs structures.

Les perspectives d’une envolée (+ 30%) de la demande annuelle au-delà de la dizaine de millions de véhicules électriques à batteries en 2030 ont donc posé d’emblée le problème des ressources minérales disponibles, en particulier en lithium. Les réserves prouvées sont évaluées aujourd’hui entre 15 et 25 millions de tonnes, concentrées en Amérique Andine (Argentine, Chili, Bolivie, etc.) et en Chine. Mais, après l’habituelle  prophétie initiale des « pénuristes » d’un épuisement prochain de cette ressource, la recherche minière a commencé à en identifier de nouveaux gisements (Afghanistan, Algérie, Portugal, etc.) et en réévaluer les ressources à au moins 60 millions de tonnes. En y ajoutant le lithium récupérable par recyclage des batteries et la possibilité de lui substituer du sodium dans de nouveaux couples électrochimiques, on peut écarter pour la décennie à venir le risque d’une asphyxie de la croissance attendue par manque de ressources minérales, pour se concentrer sur les énormes besoins de financement qu’il va nécessiter.

Dans une pile à hydrogène embarquée sur un véhicule électrique, comme dans la quasi-totalité des piles à combustible (PAC), les réactions d’oxydoréduction aux électrodes et à la traversée des membranes sont catalysées par le platine, rare et coûteux, qui reste encore aujourd’hui la matière première critique quasi-unique des PAC. Les perspectives de l’hydrogène pour motoriser la voiture électrique n’ont pas encore justifié l’effort d’industrialisation des PAC pour en abaisser drastiquement les coûts et en particulier pour substituer au platine des catalyseurs beaucoup moins rares et précieux.

Dans le duel batterie-hydrogène, la dépendance au lithium est nettement moins handicapante que la catalyse par le platine.

7) La lourdeur des investissements

La transition énergétique va entraîner, pour la seule mobilité, des investissements gigantesques en technologies, infrastructures et équipements. Déjà, le montant des subventions accordées aux énergies décarbonées renouvelables, au soutien à l’habitat et aux transports se chiffrent annuellement par milliards d’euros) à l’échelle de la France, par dizaines de milliards d’euros en Chine et en Asie du Sud et proche de la centaine de milliard pour le monde.

Sur tous les postes de la mobilité routière, l’hydrogène est beaucoup plus cher que la batterie et constitue le plus souvent « un investissement déraisonnable ». En outre, la quasi-totalité de l’infrastructure électrique existe déjà contrairement à celle de l’hydrogène.

Conclusion

La bataille pour la mobilité autonome décarbonée paraît donc perdue pour l’hydrogène face à la batterie, sauf dans quelques niches exigeant à la fois de très grandes autonomies pour des véhicules très lourds.

Mais l’hydrogène possède des qualités physiques si exceptionnelles que sa progression ne saurait s’arrêter là. Elle reste d’abord un gaz industriel majeur dont la production par vaporeformage doit être relayée par l’électrolyse à haute température (ou la thermochimie), à partir d’une électricité décarbonée, nucléaire ou intermittente.

Elle doit aussi se développer comme solution de stockage de l’électricité « fatale » de ces intermittentes en plein développement. Elle est enfin un élément clé de la fermeture du cycle du CO2 par méthanation. Il est possible de faire reculer l’empoisonnement de l’atmosphère par le CO2 en le capturant systématiquement partout où l’humanité l’émet massivement aujourd’hui et en le retransformant en hydrocarbure liquide utilisable directement en énergie primaire.

Sources / Notes
  1. 28% en France.
  2. Ou liquéfié.
  3. Fuel Cell Electric Vehicle.
  4. 16 000 $ pour la Honda Clarity (130 kWh).

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Commentaire

Hervé

Bonjour Mr Chauvet
Je ne suis pas en total désaccord avec vous (ni partisan du linky) mais quant même, vous exagerez:
L'interface TIC du linky pourra permettre de piloter pas mal de choses. A ma connaissance, elle n'est pas bi-directionelle, mais permettra déjà des fonctionnalités smartgrid.

Concernant la fiabilité des réseaux télécoms, il me semble qu'on a essuyé plusieurs pannes totales de réseau mobile (Au moins a l’échelle d'un opérateur) au cours des dernières années. L’électricien ne connait peut être pas la complexité du système télécom ok, mais quand ça broute, il le voit! et ça broute souvent. Entre les liaisons non redondantes qui tombent, les pannes de serveur DNS... Les pannes de plusieurs heures concernant une ville, département, voir région entière sont "courantes". Coté redondance, pas terrible pour le moment... C'est peut être de la haute techno, mais ça fait un peu "bricolage" à l'usage. On arrive à vivre sans internet (quoique quand les terminaux CB ne marchent plus ça fout un beau bazar tout de même!) mais sans électricité, la plaisanterie serait vite assez mal perçue...

Concernant la reprogrammation des linky, elle est techniquement possible, est ce qu'ils l'ont fait? je n'en suis pas certain, mais à ma connaissance, ils n'ont pas remplacé les compteurs Sagem buggués (ceux qui sous-évaluaient la conso) , on peut donc supposer qu'ils ont été up-gradés à distance.

Concernant les actes de piratage, il y a mille et une façon de planter un réseau partagé et public. Sans casser les codes, Une attaque DDos rondement menée peut poser quelques soucis, les pirates ne manquent pas d'immagination et l’évolution des choses (FTTH + IOT à la sécurité douteuse) promets encore de belles surprises dans ce domaine. Mener une même attaque sur le CPL linky parait difficile, vu qu'il n'y a pas de dispositif hôte pouvant être utilisé pour tout brouiller à grande échelle. Un plaisantin peut facilement neutraliser son quartier, mais ça n'ira guère au delà.

Alain CAPITAINE

Monsieur Chauvet

Le chinois investissent dans toutes les technologies pour se faire LEUR opinion sur un sujet. Après ils feront le tri , qu'ils investissent dans les surrégénérateurs ou dans la voiture à hydrogène n'est absolument pas une indication pour le futur, c'est plus un test de ''que choisir''.

Alain CAPITAINE

Pour la Chine oui rien de plus et en 2030 ils auront combien de VE ?

Hervé

2 millions de vehicules, pour les chinois, 0.2% de la population... C'est tout de même plus proche du test que de déploiement généralisé

Emmanuel

L'article est très intéressant, beaucoup de chiffre, d'explications, etc...
Mais,
Il me rend fou de colère !
Je m'explique,
Il commence plutôt bien, avec un état des lieux sur la pollution, sur l'impact environnemental des véhicules, très riches de chiffres.
Puis, il se transforme, petit à petit, vers une raison économique, ....

A ce moment là,
- Pourquoi ne pas rester à nos bons vieux diesel et essence !!! qui sont pour le coup, beaucoup moins coûteux que des véhicules électriques ?
Pourquoi ne parlons nous pas de la pollution générée par les batteries de ces véhicules électriques ? qu'il faudra traiter également.
Alors oui, comme diraient certaines personnes, nous en avons besoin pour alimenter les unités de sauvegarde de PC, ...
Q, Q, O , Q, C, P : Quoi, quand, Combien, Ou, Comment, Pourquoi, ....
Les phrases, les discours se laissent écrire, mais soyons, s'il vous plaît, FACTUEL !
Pourquoi ne parlons nous pas des métaux rares nécessaires à la fabrication des batteries, pour lesquels les ressources naturelles ne suffiront même pas ?
Et nous pourrions en faire une liste tellement longue ....

Oui, aujourd'hui les véhicules à Hydrogène sont coûteux, mais rappelez vous de vos premiers ordinateurs, des premières télévisions, pour être dans des périodes plus récentes des premiers écrans plasma, ...
C'était également très coûteux. Seul le volume et la production en grande série permet d'optimiser les coûts.

Pour ce qui est de la production d'hydrogène, c'est le même principe, j'ai des études en cours pour le produire à des coûts que je qualifie de dérisoires si nous ne parlons que de coûts. Pour ce qui est de l'impact environnemental, il sera très faible.
Développements que je réalise avec également des moyens dérisoires.
Il n'y a aucune raison que de grandes sociétés que je ne citerai pas, avec beaucoup d'Ingénieurs, de Scientifiques, de moyens, ne sachent pas produire cela également de manière dérisoire.
D'autres personnes sont en train de produire de l’hydrogène avec des bactéries, qui permettront en même temps de dépolluée des eaux usées.
....

Et malgré tout cela, malgré ma certitude qu'il ne s'agit que de motivation, pour ne pas employé de mot à la mode actuellement, je reste persuadé que coûte que coûte, nos forces doivent s'unir pour produire ce qui polluera le moins notre planète.

Et pour finir, il serait intéressant que nos économistes et scientifiques ré-équilibrent nos équations qui sont,
- soit purement économique,
- soit purement technique,
en qualifiant ce que coûte aujourd'hui 1 kg de production de CO2 (les décès, les traitements divers et variés, les pertes, ...)

J'arrête là, mon "coup de gueule", mais s'il vous plaît, Messieurs, Personnes Influentes de ce monde, soyez vraiment objectives avant qu'il ne soit trop tard.

Alain CAPITAINE

Bonjour Mr Emmanuel c'est ce que j'appelle la foi du charbonnier , bientôt un jour on saura produire de l'H2 pour un coût dérisoire (lequel) , c'est vrai aussi que dans les PàC il n'y a aucun métal rare comme le platine et des tas d'autres dans les électrolyseurs à moins que le coût dérisoire élimine ces équipements. J'ai 40 années d'expériences dans l'Energie et j'ai vu énormément de ces petits grains de sables qui mettaient à mal toute une démonstration.
Avez vous un brevet permettant de mieux comprendre vos propos merci à vous

dupont

pour diminuer le cout de la voiture a hydrogène, pas besoin d'une pile a combustible de 80 kw , 10 ou 15 kw suffirait pour recharger la batterie de la voiture en continue ce qui réduirait les besoins en lithium et en platine. L'hydrogène et la batterie lithium on plus d'intérêt a s'allier que se battre en duel.

Quaoar

Cf AAQIUS et leur standard STOR-H en déploiement notamment en Chine ... Total censure en France de cette nouvelle technologie de stockage de l'H2 à pression normale sous forme solide ! Mais ils avancent ailleurs, c'est l'essentiel ...

EtDF

Inutile d'en rajouter aux arguments scientifiques, technologiques et économiques donnés ci-dessus par Emmanuel et François Chauvet. Tout ce qu'ils expriment est argumenté et vérifiable sur toutes les meilleures et plus sûres publications actuelles.
On ne peut être que très très étonné de la leçon que tient à nous dispenser Mr François Chabannes, qui selon le web serait Coprésident de Connaissance des Énergies... Juge et procureur.. ça fait beaucoup!
Devant tant d'insuffisances ou plutôt de parti-pris suspects, on peut être tenté de se "débrancher" de la lettre de Connaissance des Énergies.. mais vaut il mieux persévérer et rectifier les contre-vérités (merci Emmanuel et François Chauvet). Comme il a été conseillé, que Monsieur Chabannes prenne connaissance de ce qui a été décidé récemment au plus haut niveau et se met en place en Chine à propos de mobilité hydrogène... Pour mémoire, la Chine a été le promoteur industriel et le premier industriel pour la production de batteries Li et d' EV. On va ainsi répéter "Quand la Chine s"éveillera... à la mobilité hydrogène"... alors qu'en France nous rentrons dans une sieste assistée lithium, qui on le sait est lourdement digestible (recyclable). Parallèlement les informations récentes bruissent d un KO économique potentiel à Tesla... A ce propos, il y a 15 jours, les Chinois se sont fort inquiétés du violent incendie qui a détruit spontanément la Tesla modèle S sagement déposée dans un parking... et si ce n'était que la première !!!
https://www.lepoint.fr/automobile/securite/l-embarassant-incendie-spont…

Hervé

A l'Auteur:
Extrait du texte "Avec la batterie, tout se passe à bord du véhicule (hors pertes en réseaux – rendement de 95%), la suite des opérations étant la charge (rendement de 99%), la transformation DC/AC en sortie de batterie (92%), l’onduleur (90%), le moteur (90%), soit un rendement global de l’ordre de 70% à 75%."

Cette partie du texte me parait ambigue( je connais un peu cette partie du sujet) vous séparez l'onduleur de la conversion DC/AC alors que c'est la même fonction. Le rendement de la charge parait trés élevé...

Le détail semble très approximatif même si le résultat semble assez correct. Le rendement Prise-Roue d'un VE a batterie Lithium est dans la gamme 70-85% selon les technos et l'usage.

Hervé

Est ce que quelqu’un sait ou en est le stockage proposé par MCPhy???

Est ce que ça fait parties des dizaines de solutions miracles qui (selon les escrolos) devaient sauver le monde puis qui ont sombré dans l'oubli par "classique hors sujet technico-économique" ou est ce que ça marche vraiment?

C'est curieux que plus personne n'en parle!?

Bertrand Chauvet

Le coût énergétique de la désorption (montée en température pour que les hydrures relâchent l'hydrogène) pose un problème économique pour cette solution de stockage, et c'est pourquoi McPhy en a pour le moment arrêté la commercialisation. Ce n'était pas la bonne solution dans les conditions technico-économiques actuelles, tout simplement.

Bruno Lalouette

Du puits à la roue j'attend toujours l'émission totale de CO2 de la voiture nucléaire, production d'électricité et recyclage inclus, face à l'essence et au gaz incluant des apports de biogaz et de syngas!
Non, nos transports ne sont pas la priorité, ce sont les bâtiments qui émettent le plus de CO2, en revanche, 90% du fret est transporté par cargos au fioul lourd et nous importons 80% de ce que nous consommons!
Soi-disant nous sommes verts avec le nucléaire, en fait c'est surtout la production de notre consommation qui est délocalisée dans les pays sales...
50000 cargos consommant entre 50 et 300 tonnes de fioul lourd par jour sur 220 jours par an, ont une consommation affichée de 200 millions de tonnes par an.
Sauf que 50 tonnes au minima X 50000 X 220 = 550 millions de tonnes de fioul lourd par an, la vérité doit se situer aux alentour du double, ce qui fait 5 X plus de Co2 émis par les cargos!
Priorités éludées, vérités truquées, telle est notre peine quotidienne!
Pourquoi ce regain d'intérêt pour l'hydrogène?
Simplement parce que les promoteurs du nucléaire envisagent de le produire à partir des centrales!
Alors qu'il est beaucoup plus simple et surtout beaucoup moins dangereux, de produire pour une consommation locale, du syngas à partir du CO2 neutre d'une centrale à bois en cogénération.
En dehors des installations tout reste local dans un rayon de 50 km, complété par les incinérateurs à déchets, les stations d'épuration et les producteurs de biogaz!
Les seuls calculs qui m'intéressent pour la mobilité, sont les volumes potentiels de production au niveau nationale avec le coût moyen du syngas/biogaz?
Sur 50 km, l'on peut imaginer des camions à double volants d'inertie en aluminium/lin, avec des recharges flash sur leurs parcours, ça peut être une roue à aubes avec encore un volant d'inertie pour le stockage, ou une prise directe à la centrale...
Un volant d'inertie dure 30 ans, beaucoup plus que 10000 cycles!
No lithium, no platine, no uranium!
Seulement du bauxite et du minerais de fer sur des cargos au gaz!
L'on peut aussi imaginer du solaire à concentration complémentaire, pour, non pas produire de l'électricité, mais de la chaleur pour des fours à 1000° afin de transformer le Co2 en syngas.
La chimie de la biomasse est beaucoup plus riche que la physique nucléaire, pourtant c'est cette dernière qui capte tout l'investissement...
Réserver la mobilité électrique avec volants d'inertie aux seuls transporteurs professionnels, tout en limitant ces véhicules à l'interrégional et en complétant par du fluvial et du ferroviaire, serait bien plus efficace que le trio explosif, nucléaire, lithium, hydrogène, et l'on supprime ainsi le diesel...

Matières premières abondantes et hybridations des solutions (le ferroutage en est une) à l'opposé d'un dieu nucléaire monopolistique...

Bruno Lalouette

Petit complément:

il faut être responsable!

Pour être responsable, il faut être conscient...

La monnaie, mondiale c'est le pétrole!

Très intelligemment, les américains ont rendu les achats de pétole obligatoires par le biais du dollar pour financer leur déficit qui est dû à 700 milliards de budget militaire, qui représente notre garantie de rester libre à travers l'Otan!

C'est ce qu'on appelle l'hégémonie américaine...

En échangeant le pétrole contre de l'uranium, du lithium et des terres rares, vous êtes en train d'échanger l'imparfaite démocratie américaine contre une parfaite dictature chinoise!

Niveau CO2, il n'y aura pas de gains, vous allez juste gagner un aller simple vers l'enfer du goulag!

La promotion du monde 100% décarboné, n'est pas du tout écologique mais seulement idéologique!

Les banquiers sont des keynésiens, pas du tout des capitalistes, les méga structures en béton du Belt and road, les intéressent au plus haut point, tout comme les centrales nucléaires, les intérêts de cette méga dette planifiée, sont une énorme rente à venir pour eux!

Ceux qui ne finiront pas au goulag paieront la dette!

En gros, il y aura les serfs et les esclaves!

En face, le dollar aura été écroulé, il n'y aura plus personne pour entraver la marche des forces de l'axe sino-russes!

Même si votre carrière en dépend, réfléchissez bien avant de promouvoir le nucléaire et ses dérivés qui servent aussi à fabriquer des armes nucléaires!

https://www.connaissancedesenergies.org/tribune-actualite-energies/le-n…

http://huet.blog.lemonde.fr/2018/01/08/le-nucleaire-chinois-accelere-en…

https://www.ouest-france.fr/economie/entreprises/edf/reacteur-epr-la-ch…

Les chinois, champion du monde de l'industrie légère électronique grâce à leur monopole sur les terres rares et champion du monde du solaire thermique pour leurs besoins en chauffage ( https://www.liberation.fr/planete/2018/04/26/chine-des-investissements-… )
pas plus que l'Iran ou que la Russie avec leur gaz et leur pétrole sans parler du bois et du soleil!

Alors tout ça pourquoi?

choppin

Article extrêmement intéressant, mais il y a un grand absent dans ce débat qui est le moteur à combustion interne qui n'a pas dit son dernier mot, et ce y compris en cycle diesel, et le dossier n'est pas encore fermé. les progres en terme de pollution sont flagrants et il y a encore bien des recherches à complèter dans l'utilisation de mix de carburants, dont en particulier l'hydrogene. Une chose est certaine, l'avenir du MCI ne passe pas par les 4/4 et portant, ils pullulent sur les routes et dans les villes, et ceci pour des raisons n'ayant aucun rapport avec tous les arguments évoqués si dessus, arguments marchands et uniquement marchands donc qui se retournent facilement, il suffit de changer la communication et c'est parti, mais il faut compter avec ça. Mais la conclusion est finalement rassurante: il ne faut rien jeter totalement, ce que le diesel bashing a failli réussir, avant que que les conséquences en soient bien établies. Et pourquoi ne faut-i rien jeter ? Parce que nous travaillons en permanence avec les moyens lambda dont nous disposons à un instant t, nous pouvons à la rigueur estimer ceux dont nous disposerons dans 10-15 ans, mais avec une recherche bien orientée et massive, rien ne permet de dire que nous vivons dans un monde fini, et personne ne peut présumer des résultats des recherches en cours qui à coup sûr donneront des résultats qui in fine, s'il y a une fin, ferons bouger le curseur d'un côté ou d'un autre. Donc travaillions à tout....sauf sur les 4/4 ridicules.Sans compter que la solution peut venir du côté de la cause du mal, le CO2, ça c'est juste pour rassurer les amateurs de 4/4.
Mais en tout cas, il faut saluer le point de départ, lire toue les commentaires, tous intéressants

Hervé

Bonjour Chopin . Je vous ai envoyé un mail mais pas eu de réponse. Je sais pas si votre mail marche sinon je retenterais.

Je suis d'accord avec vous sauf sur un point. Je suis de la campagne de moyenne montagne ou on arrive a vivre sans 4X4 (le véhicule surbaissé consomme moins) mais aprés avoir arraché parechoc sur une bordure de trottoir mal foutue dans une grande ville, je comprends maintenant un peu pourquoi les citadins ont plus besoin de 4X4 que les paysans!
Cdlt,

choppin

J'avais précisément envie d'ajouter que lorsqu'on habite au dessus de 1000m le 4/4 est justifié pour être certain de rentrer chez soi tous les soirs d'hiver. L'incident que vous citez est rare car les gens des villes sont habitués.aux trottoirs de hauteur variable. En revanche dés qu'il y a 3 flocons, c'est la panique.

Nicolas

hors débat d'idée, vous faites une erreur de méthodologie !!!
Il me semble que vous oubliez un GROS facteur de rendement lors de la production électrique.
rendement du nucléaire "classique" 33%
EPR espéré à 36%
charbon (=CO²) 40%

donc votre rendement globale des batteries passe de 70-75% à un minable

23-30%

soit pas mieux que l'hydrogène :-)
en parlant de rendement, égalité.

Vous devriez faire un calcul en parlant d'énergie totale du cycle de vie, avec énergie d'extraction de tous les matériaux (rares ou pas) nécessaires à la fabrication de la solution

Alain CAPITAINE

Bonjour Nicolas

Pouvez vous m'expliquer comment on fabrique l'H2 pour arriver à un tel rendement merci à vous

Sylvain Paré

Article malheureusement orienté et inexact....

Pour info mon équipe et moi (startup) avons développé un kit de rétrofit h2 "solar fuel" permettant de transformer n'importe quel moteur essence/diesel en véhicule 100% propre, le rejet étant exclusivement de la vapeur d'eau. L'h2 est produit via un procédé "dérivé" (brevet) de l'électrolyse dont le rendement atteint les 80% et quasi sans maintenance/entretien et par voie solaire (pas du PV !). Nous sommes en pourparlers avec plusieurs municipalités/sociétés de transport pour équiper des flottes de véhicules (légers, utilitaires, bus,...). L'industrialisation du kit est particulièrement aisée et le coût de l'installation complète (en une journée) d'environ 2,5 k€ pour un VL, hors subventions. Il est à noter que l'h2 est produit sous forme liquide par voie solaire (à hyper concentration), donc quasi "gratuite" (très bas coût), cela avec un temps de chargement deux fois plus rapide qu'en h2 à 700 bars. L'intérêt de l'h2L (liquide) est de passer à 71kg/m3 Vs 42, et d'éviter les risques d'explosion liés aux réservoirs haute pression ainsi que leur surcoût, de plus l'H2L augmente le rendement thermodynamique global. Le réservoir H2L, peu coûteux, dispose d'un procédé breveté permettant d'éviter toute fuite par diffusion gazeuse ainsi qu'un stockage sécurisé longue durée. Celui ci vient "notamment" en lieu et place du réservoir usuel.

La station "solaire" de production H2L est particulièrement compacte et peu coûteuse, elle est basée sur un procédé breveté de concentrateurs solaires captant jusqu'à 900W/m2 et permettant une conversion particulièrement efficace.
2.500 m2, soit la surface d'une station service conventionnelle, permet de produire jusqu'à 500kg/h2L par jour.

L'objectif ? Proposer une alternative simple, efficace, immédiate et peu coûteuse aux hydrocarbures et autres ENR élec/PAC. Plus d'un milliard de véhicules sont en jeu et 10 millions de morts annuels liés à la pollution atmosphérique ainsi que 100 millions de malades. Les constructeurs automobiles n'ont rien à changer, juste installer ce kit... il suffit d'un peu de volonté politique.

Alain CAPITAINE

Bonjour Mr Paré

Où serait il possible de lire en détail votre idée innovante, je suis toujours très intrigué par ces innovations en rupture qui rapportent beaucoup et coûtent pas chères.

David

Bertrand Chauvet a déja soulevé la plupart des biais de cet article, mais j'en profite pour ajouter quelques éléments:

- Rendement : le rendement des batteries est meilleur, c'est vrai, mais pas d'un facteur 3, car:
* en hiver, il faut consommer de l'électricité pour chauffer l'habitacle tandis que le véhicule H2 utilise les pertes thermiques de la PAC
* la voiture électrique est plus lourde (environ 600 kg de batterie pour 500 km d'autonomie, contre 150 kg de stockage + PAC pour une voiture H2). Il faut donc plus d'énergie pour déplacer la même masse "utile" (les passagers et leurs bagages)
* Les électrolyseurs commencent tout juste leurs développements: les nouvelles générations d'électrolyseurs haute température ont des rendements de 90% contre ~70% pour les électrolyseurs anciens.

Au final, la différence de rendement entre batteries et PAC à niveau de développement technologique et service rendu équivalents est de l'ordre de 1.5 et non pas de 3.

Pour mémoire, un moteur diesel est ~15% meilleur qu'un moteur essence et ça n'empêche pas le diesel d'être moins répandu que l'essence dans le monde.

- Coût des véhicules: il faut comparer ce qui est comparable: évidemment, une Hyundai Nexo de 69 k€ est plus chère qu'une ZOE avec batterie en location. Mais moins cher qu'une Tesla model X 100D à 91,3 k€, qui est aujourd'hui le seul véhicule électrique sur le marché de même gamme et d'une autonomie équivalente.

- Coût infrastructure: Bertrand Chauvet a déja expliqué qu'il faut tenir compte du nombre de véhicule que chaque station permet de recharger. J'ajouterai que l'auteur néglige complètement d'aborder la question du coût du renforcement des réseaux électriques, nécessaire dans le cas de la mobilité batterie, alors que les stations H2 peuvent produire de l'hydrogène en base et recharger ensuite les véhicules en pointe. A titre d'exemple: 1 million de bornes de recharge de 40 kW nécessiteraient une infrastructure de distribution supplémentaire de 40 GW, soit environ la moitié de l'infrastructure existante. Et contrairement à une idée largement répandue, il n'est pas possible de tabler sur des effets de "foisonnement" à l'echelle du réseau local: soit l'ensemble des bornes d'un quartier peuvent être utilisées en même temps, soit il n'est pas la peine de les installer ! A l'échelle du réseau de transport, c'est bien sûr différent, mais des renforcements seront là aussi inévitables, car tous les français rentrent à peu près à la même heure du travail et brancheront leurs véhicules à peu près à la même heure sur le réseau. Il se trouve que cette heure coincide avec celle où l'on observe déjà des pics de consommation liés à l'éclairage et au chauffage.

- Platine: contrairement à ce que prétend l'auteur, la question du platine est un faux problème, car celui-ci est enfermé au coeur de la PAC, avec des polymères et de l'acier. Il est donc très facile de le recycler, contrairement au platine des pots catalytiques qui finit en poussière sur le bord des routes.

- L'auteur oublie complètement de demander leur avis aux automobilistes ;-) Une voiture électrique est une solution acceptable à condition
* de pouvoir la recharger facilement dans la vie quotidienne (quid des 36% de locataires en France, qui ne pourront jamais recharger chez eux, ainsi que de tous les propriétaires d'un appartement, sans place de parking équipée d'une prise électrique d'une capacité suffisante ? )
* d'avoir une autonomie suffisante pour les déplacements occasionnels du week end et des vacances
* de pouvoir se recharger facilement et en sécurité lors des déplacements occasionnels (le contre exemple flagrant étant la borne de recharge rapide du parking IKEA, qui ne résout pas le problème de la "range anxiety" puisque le client qui l'occupe la bloque pendant 2h...)

Bref, un énième article incomplet et à charge....

David

Ah, et il n'y a pas 6000 voiture dans le monde, mais 15000, et quand on ajoute les chariots élévateurs, les bus, les camions, on arrive à 50000.

Brett

Bonjour à tous,

je crois que les jugements de valeur, la malhonnêteté intellectuelle, les procès d'intention, la violence verbale ne font pas avancer la connaissance et paralysent l'action.

Je veux donc simplement partager avec vous l'intime conviction que devant l'urgence climatique, l'extinction des espèces animales ou l'épuisement de nos ressources naturelles, dont nous avons je crois désormais une très bonne et suffisante connaissance aujourd'hui, notre responsabilité d'humain est historique.

Ma conviction profonde acquise après m'être sérieusement intéressé à ce sujet depuis 30 ans au sein d'organismes nationaux et européens publiques (si vous pensez qu'elle est erronée et que vous avez des arguments montrant le contraire je vous remercie de les communiquer, sans aucune ironie de ma part) est que nous perdons notre temps et nos ressources (financières, intellectuelles et naturelles) à débattre sur et lutter pour (ou contre) des technologies.

Celles-ci, même en admettant qu'elles soient réellement plus vertueuses par rapport à la techno prédominante en cause qu'elle est supposée remplacer, ne règlera pas ces immenses défis, loin s'en faut. De nombreuses raisons expliquent cela : facteur temps (de pénétration/renouvellement) au regard des urgences qui sont désormais les nôtres, coûts, effets rebonds annulant les optimisations obtenues, compétition marchande résultant de l'appât du gain et retardant l'émergence des bonnes solutions et conduisant à produire plus donc à puiser davantage encore dans des ressources en baisse, pour une efficacité très limitée finalement au regard des objectifs à atteindre pour éviter l'extinction de notre humanité.

Alors ma conviction est plutôt de sagement considérer d'autres chemins que ceux de l'optimisation technologique (même si l'ingénieur que je suis comprend tout à fait le plaisir, la sensation de puissance, que l'on peut ressentir à les développer) de mettre toute notre intelligence et tous nos moyens dans la mise en œuvre d'une véritable, rapide et efficace transition qui consiste à vivre de manière bien plus sobre, solidaire, modeste, et respectueuse de notre humanité et de notre planète, en se contentant de ce que nous avons déjà, sans produire davantage, en partageant tout ce que nous avons déjà et suffit très largement.

Je ne peux penser que les générations qui nous ont précédés n'était pas moins heureuse que nous avec beaucoup moins de moyens techniques que nous. Le bonheur de vivre est une chance unique et merveilleuse, qui n'a pas besoin des verbes posséder comme aujourd'hui, consommer comme aujourd'hui, produire comme aujourd'hui, dominer ou concurrencer comme aujourd'hui, paraître. Nous avons tous en nous le souvenir d'instants de bonheur qui n'ont rien à voir avec ces verbes, quand nous partageons (donnons et recevons) des moments de joie, d'authenticité et d'amour avec des personnes qui nous sont chères, en toute simplicité, en toute sobriété.

Bien à vous tous

Brett

j'espère que vous me pardonnerez les quelques coquilles dont je viens de m'apercevoir, et que vous m'accorderez qu'elle sont probablement inévitables sans relecture par un tiers ...

Alain CAPITAINE

Merci Mr Chabannes je suis globalement d'accord avec vous sauf quelques coquilles dans les rendements.

Je vois aussi à la lecture des détracteurs, que souvent le problème de l'hydrogène est pris par le petit bout de la lorgnette.

Pour ceux-ci, je vous informe qu'un électrolyseur de forte puissance ce n'est pas une trottinette électrique et que les temps de montée en température des structures et son exploitation s'accommodent très mal de l'intermittence. Appelons un chat un chat, l'hydrogène, ne serait ce que pour la thermique des électrolyseurs, sera produit avec du thermique pilotage, si en plus on ne veut pas de CO2 cela se nommera une centrale nucléaire. Les intermittents alimenteront toutes les batteries celles des VE et celles en stationnaire, en 2050 il y aura plus de 1 TWhé de stockage rien que pour la France avec les seconde vie des batteries des VE.

Ensuite, l'emploi de l'H2 comme stockage de l'énergie se trouve tout naturellement en faisant presque comme autrefois avec le (CO + H2); là on fera (CH4 + H2) dans les réseaux gaz dans lesquels on pourra stocker de l'ordre de 30 TWh thermique d'H2. Si on veut vraiment décarboné il y a la piste méthanation mais attention aux coûts.

Que ce soit la batterie ou la PAC il y a des progrès à attendre dans les 2 technologies, il existe une diversité considérable par les batteries , moins pour les PAC.

Mais pour la mobilité, en tout cas pour les véhicules légers de monsieur tout le monde, je vois la batterie vainqueur par KO. Pour la mobilité lourde cela pourra se discuter.

danielle

la fabrication et l’utilisation massive et croissante des batteries des véhicules électriques présentent des risques importants, du fait principalement des substances chimiques toxiques et corrosives (métaux lourds, acides, alcalis) qu’ elles contiennent et c’est un facteur négatif qui joue en faveur du développement du véhicule à hydrogène : : http://www.officiel-prevention.com/protections-collectives-organisation…

Marc Diedisheim

Monsieur Chabannes, vous affirmez que "Le match entre moteur thermique et électrique est ainsi gagné sans appel par ce dernier, ce qui en fait une solution acquise pour l’avenir de la motorisation routière décarbonée. Elle sera électrique « à la roue ». " Votre argumentation semble reposer sur une question de rendement uniquement. Vous oubliez, comme plusieurs commentateurs l'ont souligné, l'aspect social du dossier. Or, il est possible de produire, de manière neutre en CO2, des carburants liquides que nos bon vieux moteurs à combustion interne peuvent utiliser sans modification. C'est-à-dire qu'il ne sera pas nécessaire de remplacer les 1 000 000 000 + de moteurs actuellement en service dans le monde pour devenir vertueux. Cette solution permet d'éviter une crise sociale majeure liée aux dépenses énormes liées à leur élimination , puis leur remplacement qui devra être financé par des millions de particuliers qui n'en n'ont pas les moyens ... Rendement ou pas, il y a une forte probabilité que cette solution prévaudra au niveau mondial. Peut-être pas en France, où celle d'en haut pense en oubliant celle d'en bas. Cordialement vôtre.

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