Transitions & Energies

Pourquoi les véhicules électriques à batteries et à hydrogène sont complémentaires et pas rivaux

Batteries sur roues

L’hydrogène a un problème d’efficacité énergétique et les batteries un problème de poids et de coût pour l’environnement de leur production et de leur recyclage. La répartition des tâches est donc logique et doit dépasser les lobbys et les chapelles. La pile à combustible et à hydrogène doit être utilisée dans les transports de marchandises, notamment sur longues distances, et les véhicules à batteries doivent être utilisés pour le transport de personnes sur courtes distances.

La France ayant décidé l’an dernier d’interdire dans 20 ans, en 2040, la vente de véhicules neufs à moteurs thermiques (essence, diesel et GPL), il est normal que le débat entre partisans et promoteurs de véhicules à batteries ou à hydrogène et pile à combustible ne cesse de prendre de l’ampleur. Il est déjà acharné et proche parfois d’une guerre de religion. A la fois parce que les intérêts économiques sont considérables, notamment pour ceux qui ont investi des dizaines et des dizaines de milliards d’euros dans les véhicules électriques à batteries, et aussi parce que les précurseurs sont persuadés d’avoir raison avant tout le monde. Les propriétaires de Tesla sont à cet égard les plus virulents. Certains se comportent même comme les membres d’une secte, défendant bec et ongles leur constructeur fétiche et ses produits. Et cela même s’il a obtenu aux Etats-Unis le plus mauvais score de tous les fabricants d’automobile en terme de fiabilité. On peut parler d’attachement irrationnel…

Une réponse rationnelle

En tout cas, le débat batteries contre hydrogène, auquel nous avons consacré une enquête dans le numéro du début de l’année du magazine Transitions & Energies, est intéressant parce qu’il ne s’agit pas seulement d’une comparaison de machines et de leurs avantages et inconvénients, mais d’une question portant aussi sur l’environnement et le mode de vie. L’usage d’une voiture électrique à batteries est fondamentalement différent de celui d’un véhicule thermique car il nécessite de planifier les questions de recharge et d’autonomie. L’usage d’une voiture électrique à pile à combustible s’apparente plus à celui d’un véhicule thermique… à condition toutefois d’avoir un réseau de stations service ayant des pompes à hydrogène.

La meilleur réponse à ce débat a été donnée avec une approche purement scientifique et rationnelle dans la revue britannique The Engineer, par le Docteur Gareth Hinds, responsable de la recherche en électrochimie du Laboratoire national de physique britannique. Il explique que le stockage électrochimique de l’électricité se fait en utilisant les électrons pour transformer des matériaux stables en matériaux moins stables contenant des quantités plus importantes d’énergie. Les exemples qui nous intéressent sont l’électrolyse de l’eau pour fabriquer de l’hydrogène et de l’oxygène et l’insertion de lithium ions entre les électrodes d’une batterie.

L’hydrogène a une efficacité faible mais les batteries ont un problème de poids

A chaque fois que de l’énergie est convertie, la thermodynamique nous apprend qu’une partie est perdue via la production de chaleur. Le processus de recharge d’une batterie lithium ion est incroyablement efficace à plus de 99%. Cela se traduit, compte tenu des pertes en ligne, par une efficacité énergétique de l’ordre de 70% pour les véhicules électriques à batteries. A l’opposé, les piles à combustibles à hydrogène ont une efficacité de seulement 60%, liée notamment, explique le Dr. Gareth Hinds, à la réaction de l’oxygène. Mais quand cette efficacité moindre est combinée à celle de la fabrication de l’hydrogène par électrolyse, l’efficacité énergétique tombe à 30%.

Alors pourquoi utiliser de l’hydrogène? D’abord et avant tout à cause du problème du poids des véhicules à batteries. Toute leur énergie est stockée dans les électrodes. Si nous voulons qu’un véhicule à batteries ait une plus grande autonomie et puisse transporter plus de personnes et de marchandises, il faut lui ajouter plus d’électrodes. Ces électrodes sont relativement lourdes et le poids des batteries devient rapidement un obstacle insurmontable.

En revanche, dans un véhicule à hydrogène toute l’énergie est stockée dans un réservoir. Et comme l’hydrogène est extrêmement léger, la masse supplémentaire d’un véhicule pour augmenter son autonomie et la charge est nettement plus faible que sur un véhicule à batteries.

Pour les véhicules lourds, l’hydrogène, et pour les légers, les batteries

La conclusion du Docteur Gareth Hinds est donc logiquement la suivante. «Pour des utilisations de transport comme les vans, les camions, les trains, les navires et les avions, il est beaucoup plus sensé de les alimenter avec de l’hydrogène. Les véhicules qui se déplacent régulièrement sur de longues distances ou qui doivent être rechargés rapidement sont aussi plus adaptés à l’hydrogène. Mais pour les véhicules légers transportant des personnes qui se déplacent régulièrement sur de courtes distances, l’efficacité supérieure des véhicules électriques à batteries en fait les machines idéales pour cette tâche». D’autant plus que «si la charge rapide des véhicules à batteries peut sembler intéressante, elle présente de vraies difficultés qui vont de la demande de puissance importante que doit fournir le réseau électrique au fait qu’elles réduisent considérablement la durée de vie des batteries».

Un autre facteur à prendre en compte est le fait que l’hydrogène est plus adapté au stockage à long terme parce qu’il s’agit d’un gaz qu’on peut mettre dans des réservoirs, des containers et des puits sous terrains. Les batteries perdent leur charge au fil du temps du fait de réactions dans les cellules et leur durée de vie est diminuée quand elles ne sont pas chargées et déchargées régulièrement. L’hydrogène peut aussi être brûlé dans des chaudières et des gazinières et peut ainsi remplacer le méthane dans les réseaux de gaz naturel.

La guerre des lobbys et des chapelles

Enfin, les technologies de l’hydrogène sont recyclables à près de 100% et bien plus faciles à gérer à la fin de leur vie que les batteries. Ces dernières, en revanche, posent un vrai problème de recyclage et de développement durable compte tenu de leur utilisation intensive de métaux dont l’extraction est polluante, néfaste pour l’environnement et émet beaucoup de gaz à effet de serre. Un des rôles clés de l’hydrogène doit être finalement de limiter les besoins en batteries et donc les conséquences environnementales de la fabrication et du recyclage de ces mêmes batteries.

«L’hydrogène a de nombreux avantages qui lui permette de remplir les manques de notre stratégie de décarbonation en apportant ce que les batteries sont incapables de faire», estime le Docteur Hinds. Il faut développer et utiliser les deux technologies simultanément. Les guerres de lobbys et de chapelles entre les tenants de l’électrique à batteries et de la pile à combustible et hydrogène sont absurdes et contre productives.

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