Les secrets du fonctionnement du moteur à Hydrogène

On nous vend que le véhicule électrique rechargeable est l’avenir et, pour l’instant, c’est un gros mensonge. Une option présentée comme l’une des plus intéressantes et des plus viables est le moteur à hydrogène, un gaz incolore et inodore si propre qu’il n’émet que de l’eau lors de sa combustion – en lui ajoutant de l’oxygène, nous obtenons de l’H2O.

Toutes les étapes de l’histoire de l’automobile ont un point commun : la course technologique à la rentabilité et à l’efficacité. Autrefois, lorsque le pétrole n’était pas un problème et que la consommation était un simple fait, il existait d’autres motifs de concurrence entre les marques, tels que la puissance, le design, la durabilité…

Cependant, au milieu de l’année 2021, avec l’obsession de la consommation et de la pollution causée par l’Union européenne et des utilisateurs craintifs, la recherche de nouvelles sources d’énergie est devenue le plus grand défi dans le domaine des transports. Les marques dépensent des millions en R&D, élaborent des plans stratégiques à court, moyen et long terme, acquièrent les brevets les plus potentiellement bénéfiques….

Tout cela a conduit à l’émergence de toutes les alternatives à l’essence et au diesel que nous connaissons aujourd’hui. Aujourd’hui, le constructeur qui ne prend pas soin de son empreinte sur la planète sera exclu de la scène automobile dans un avenir prévisible. Les véhicules hybrides, électriques, à hydrogène ou à gaz ainsi que les carburants synthétiques sont la réponse aux exigences de l’UE.

L’hydrogène est l’un des éléments les plus abondants de l’univers et, en tant que composé (puisqu’il n’existe pratiquement pas sous sa forme moléculaire), il existe en quantités incalculables, un peu comme le cobalt pour les batteries. Après cet exposé explicatif, je voudrais consacrer une partie de mon temps d’aujourd’hui à expliquer le fonctionnement d’un moteur à hydrogène.

Le fonctionnement d’un moteur à hydrogène

Les moteurs à hydrogène sont en fait très similaires aux moteurs à combustion, mais il y a quelques différences importantes, en particulier lorsque l’on fait la différence entre un moteur à combustion qui utilise de l’hydrogène comme carburant et un moteur à conversion en pile à combustible.

Parlons du premier type, c’est-à-dire un moteur à combustion qui utilise l’hydrogène comme carburant. Comme un moteur à essence à quatre temps (les moteurs à deux temps sont différents), le moteur à combustion à hydrogène utilise une conception à quatre temps pour l’admission, la compression, l’allumage et l’échappement. Il produit d’ailleurs le même type de son.

Je n’entrerai pas dans les détails du fonctionnement d’un moteur à combustion, vous pouvez a vidéo qui explique tout.

Comme vous le savez, l’hydrogène est le carburant qui présente le ratio le plus élevé d’énergie par unité de masse, mais sa principale différence par rapport à un moteur à essence est qu’au lieu de produire des gaz NOx toxiques, les moteurs à hydrogène produisent de l’eau comme principal produit de leur cycle de combustion.

S’il est vrai qu’en raison de la chaleur produite par le moteur, des émissions nocives de NOx subsistent, elles sont nettement inférieures à celles d’un moteur à essence. D’autre part, compte tenu des différences entre les deux carburants, les types de rapports air-carburant, la compression, le calage et les énergies d’allumage sont très différents.

Les moteurs à pile à combustible utilisent de l’hydrogène gazeux pour entraîner un moteur électrique, tandis que les moteurs à combustion interne alimentés à l’hydrogène fonctionnent comme les moteurs GPL et GNC – ce sont tous des gaz.

Par exemple, l’hydrogène peut avoir un rapport air/carburant aussi bas que 180:1, mais un taux de compression beaucoup plus élevé parce qu’il a un indice d’octane plus élevé. La vidéo est assez technique et en anglais, mais tout est bien illustré, il n’est donc pas difficile de la comprendre.

Idéal pour l’hydrogène : le moteur rotatif Wankel

Nous savons que le moteur rotatif Wankel présente de nombreux inconvénients en tant que moteur à essence, mais la plupart de ces inconvénients se transforment en avantages lorsque nous utilisons l’hydrogène comme carburant. En fait, la société japonaise l’a testé avec deux modèles qui ont été brièvement vendus au Japon, la Mazda RX-8 Hydrogen RE et la Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid.

La Mazda RX-8 Hydrogen RE a commencé à rouler sur les routes publiques – au Japon – après avoir reçu l’approbation des autorités compétentes (ministère de l’Infrastructure, du Territoire et des Transports) en octobre 2004. Ce modèle était une voiture à émissions de CO2 et de polluants « nulles ».

Mazda a été le premier constructeur au monde à proposer la location de cette catégorie de modèles à hydrogène au Japon.

Contrairement au système utilisé dans la RX-8, le Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid s’appuyait sur un système hybride qui permettait au modèle d’atteindre une autonomie de 200 km, soit le double de celle de la RX-8 à hydrogène, et une puissance supérieure de 40 % (110 kW).

Le monospace était équipé d’un système à double carburant qui lui permettait de continuer à fonctionner à l’essence s’il n’y avait plus d’hydrogène. Les liens figurant dans le premier paragraphe décrivent les inconvénients de ce type de moteur en combinaison avec l’essence et son fonctionnement.

Cependant, dans cette autre vidéo de Jason Fenske, nous pouvons voir en détail pourquoi le moteur rotatif est si efficace pour brûler de l’hydrogène et comment les futurs véhicules pourraient en tirer profit. Pour ses explications, Fenske utilise un petit moteur fabriqué par impression 3D.

Cette technologie est récemment devenue très à la mode parmi les voitures de sport de haut vol (il suffit de voir comment Bugatti torture ses étriers de frein en titane). Pour les plus curieux d’entre vous, voici une autre vidéo dans laquelle le protagoniste de Engineering Explained construit et explique ce moteur pittoresque.

Pourquoi n’existe-t-il pas de moteurs à combustion d’hydrogène ?

L’hydrogène ne produit pratiquement aucune émission, ne pourrait-on donc pas l’utiliser à la place de l’essence ? La réponse est plus complexe qu’il n’y paraît. La nécessité de trouver un substitut aux combustibles fossiles est une réalité, et les constructeurs automobiles travaillent d’arrache-pied pour trouver des solutions à ce dilemme.

Comme vous le savez, la plupart de ces solutions impliquent l’abandon de nos chers moteurs à combustion interne au profit du monde passionnant des voitures électriques, mais ne pourrions-nous pas repenser le moteur à piston traditionnel pour qu’il fonctionne avec quelque chose de plus propre, comme l’hydrogène ?

Comme l’explique à nouveau Jason Fenske, de l’émission Engineering Explained, si c’était si simple, ce ne serait pas très bon. Un moteur à combustion interne fonctionnant à l’hydrogène pose essentiellement deux problèmes. D’une part, l’hydrogène n’est pas aussi dense que les autres carburants, ce qui signifie qu’il en faut beaucoup pour effectuer un minimum de travail.

Si l’on ajoute à cela l’inefficacité inhérente à un moteur à piston, qui ne convertit au mieux qu’environ 30 % de l’énergie du carburant en mouvement, la déception est grande. En outre, comme je l’ai mentionné plus haut, lorsque vous brûlez de l’hydrogène, vous produisez également des émissions nocives de NOx, comme c’est le cas avec les diesels.

C’est pourquoi l’hydrogène est utilisé dans une pile à combustible pour produire de l’électricité et non dans des moteurs à combustion : ces derniers sont plus propres et beaucoup plus efficaces. En outre, les problèmes de sécurité liés à l’hydrogène font qu’il n’existe pratiquement pas d’infrastructure de ravitaillement pour les véhicules à hydrogène.

D’autre part, l’hydrogène peut être obtenu à partir de différents composés, tels que la biomasse, l’eau par électrolyse ou les combustibles fossiles comme le charbon, le pétrole ou le gaz naturel. Le problème est qu’actuellement, 96 % de l’hydrogène consommé dans le monde est obtenu à partir d’un combustible fossile (généralement par reformage avec de la vapeur de gaz naturel), ce qui fait qu’il n’est ni renouvelable ni sans émissions.