Le moteur à combustion interne fonctionnant à l’hydrogène fait fantasmer les constructeurs

Le meilleur… ou le pire des deux mondes. Certains constructeurs automobiles cherchent le moyen de sauver encore pour quelques décennies le moteur à combustion interne. A la fois pour des questions de coûts et de préservation des savoir faire et aussi parce que sur de nombreux marchés les consommateurs restent en majorité réticents à l’idée de passer à l’électrique à batteries. Parce que les contraintes d’autonomie, de recharge, de coûts, de fiabilité sont bien réelles. Et parce que l’usage n’est plus exactement le même.

Obtenir un rendement acceptable avec un mélange très pauvre

Pour verdir le moteur à combustion interne, on peut réduire sa consommation et surtout changer de carburant. Porsche a commencé à le faire avec un carburant synthétique très coûteux fabriqué au Chili dans une usine expérimentale. Et d’autres constructeurs comme BMW, Toyota et Ford veulent tout simplement faire fonctionner des moteurs à combustion hydrogène avec de l’hydrogène décarboné. Il ne s’agit pas comme dans les véhicules à piles à combustibles et à hydrogène de fabriquer de l’électricité pour faire fonctionner un moteur électrique mais de bruler dans les cylindres un mélange d’hydrogène et d’oxygène.

Ce qui n’est pas sans poser des problèmes de coûts et de rendements et d’efficacité énergétique. On le sait depuis longtemps, il est possible de convertir n’importe quel moteur à allumage commandé à l’usage de l’hydrogène. La difficulté est d’obtenir un rendement acceptable.

D’après Muscle cars & Trucks, Ford aurait trouvé une solution et vient de déposer un brevet intéressant. Le constructeur américain a choisi de focaliser ses recherches sur le fonctionnement en mélange pauvre. Dans un moteur essence, il existe un rapport idéal entre la quantité d’essence et la quantité d’air nécessaire pour assurer une combustion parfaite. On appelle cela le ratio stoechiométrique, il est pour l’essence de 14,7 grammes d’air pour 1 gramme de carburant.

Pour consommer moins, on a tenté depuis plusieurs décennies de réduire la quantité d’essence tout en augmentant la quantité d’air. La combustion est théoriquement moins bonne, mais cela est compensé par un pilotage électronique très fin, et un traitement renforcé de la dépollution des gaz d’échappement. On peut faire la même chose avec l’hydrogène, et c’est même plus facile, puisque l’hydrogène est plus aisément inflammable que l’essence, et la dépollution n’est évidemment plus un problème du fait de l’absence de toute molécule de carbone.

Un élément d’un groupe motopropulseur hybride

Ford serait parvenu à un résultat incroyable, en maîtrisant une combustion qui mélange un volume d’hydrogène, avec 68 volumes d’air fournis notamment par un turbo! Pour donner un ordre d’idée de la performance réalisée, un moteur à essence peut fonctionner plus ou moins bien entre un rapport air carburant de 8 pour 1 à 18,5 pour 1.

Ford parvient à atteindre 68 avec de l’hydrogène avec une gestion moteur d’une précision extrême qui inclut une injection directe, pour contrôler distinctement l’arrivée d’air et celle d’hydrogène, une forte recirculation des gaz d’échappement pour aider à réduire la température de combustion, et une admission en 2 étapes.

Il s’agit en quelque sorte d’un moteur à 5 temps, puisque les motoristes de Ford ont mis au point une distribution double, avec la soupape d’admission qui se lève une première fois, puis qui se referme, et qui se relève une seconde fois dans le même cycle, avant que ne bouge la soupape d’échappement. En quelque sorte, une combustion à étage.

Ford explique que le moteur à combustion à hydrogène pourrait faire partie d’un groupe motopropulseur hybride. Le moteur à combustion à hydrogène utilisant des mélanges air/carburant extrêmement pauvres servirait de générateur pour recharger des batteries alimentant un moteur électrique qui ferait fonctionner le véhicule. Intégré dans une motorisation hybride, un tel moteur permettrait ainsi d’avoir un véhicule totalement décarboné sans les inconvénients d’utilisation d’une motorisation électrique à batteries.Enfin, ce type de moteur, qui ne serait pas affecté par des résidus non brulés, pourrait atteindre des vitesses de rotation très élevées de 20.000 tours par minute.

Maintenant, cette technologie n’est pour l’heure qu’expérimentale. Les questions de fiabilité et de coûts n’ont pas été étudiées. Mais cela montre aussi que le moteur à piston est loin d’être mort et que les constructeurs et les ingénieurs ne manquent pas d’imagination.