L'hydrogène, carburant de demain ?

Quand vint le temps de concevoir des voitures écologiques, il n’était pas question de toucher au moteur à piston, qui fait l’essence des voitures BMW, pour le remplacer par un moteur électrique.
Photo: Quand vint le temps de concevoir des voitures écologiques, il n’était pas question de toucher au moteur à piston, qui fait l’essence des voitures BMW, pour le remplacer par un moteur électrique.

Le constructeur automobile allemand BMW croit fermement que l'hydrogène sera le carburant de choix pour la mobilité de demain. Et pour BMW, dont les voitures sont la référence en matière d'agrément de conduite, le choix de l'hydrogène n'est pas innocent: une grande partie des sensations ressenties à bord d'une voiture provient du fonctionnement de leur moteur à explosion, l'élément vivant du véhicule. C'est peut-être ce qui explique le peu d'engouement que suscitent les voitures électriques, au-delà de toute considération d'autonomie et de coût des batteries, car la privation sensorielle induite par un moteur silencieux, dont la réponse de puissance est parfaitement linéaire, donne l'impression glacée d'une conduite désincarnée, sans pouls et sans âme. Rien, en tout cas qui soit compatible avec le credo de la marque munichoise, dont les créations ont toujours su combiner un moteur performant et un comportement routier dynamique.

Quand vint le temps de concevoir des voitures écologiques, il n'était pas question de toucher à ce qui fait l'essence des voitures BMW. On n'allait donc pas troquer le bon vieux moteur à piston, avec sa sonorité et sa courbe de puissance caractéristique, pour des moteurs électriques. BMW a plutôt choisi d'investir en recherche et développement dans une technologie qui permet de «verdir» ses moteurs. L'hydrogène, dont la combustion ne produit que de la vapeur d'eau et qui peut servir de carburant dans un moteur thermique, s'est vite imposée. Les plus sceptiques affirment que l'hydrogène a toujours été le carburant du futur, et qu'il le restera toujours, mais BMW est un des rares constructeurs à vouloir démontrer la viabilité des voitures à hydrogène munies d'un moteur à combustion interne. Souhaitant aller plus loin que de faire parader de jolis prototypes dans les salons automobiles du monde entier, ce constructeur a créé l'Hydrogen-7; produite en série limitée, elle constitue le chaînon entre un simple prototype et la grande série. L'objectif de cette voiture, prêtée à des utilisateurs réels, dont quelques stars de Hollywood, est de valider les choix technologiques dans des conditions d'utilisation de tous les jours. Notons que les ingénieurs motoristes de BMW ont entrepris leur travail sur l'hydrogène il y a plus de vingt-cinq ans.

Vitrine technologique

Pour faire la promotion de ses initiatives vertes, BMW a affrété une petite caravane qui effectue une tournée de plusieurs grandes villes nord-américaines depuis 2007. C'est lors de leur étape au centre-ville de Toronto, cet été, que j'ai pu conduire l'Hydrogen-7, une voiture très largement basée sur une BMW Serie-7 traditionnelle. Cette voiture est une vitrine qui permet à son constructeur de vanter les bienfaits de l'hydrogène en tant que mode de propulsion, la sécurité de son emploi à bord des véhicules, ses émissions polluantes quasi inexistantes, ainsi que ses perspectives de production durable à partir d'énergies renouvelables.

L'hydrogène est l'élément le plus abondant à la surface de la Terre puisqu'il y a deux atomes d'hydrogène dans chaque molécule d'eau et que les hydrocarbures en sont saturés. Pourtant, ce concurrent potentiel de l'essence ou du diesel a près d'un siècle de retard dans sa commercialisation en tant que carburant. Pour l'heure, l'hydrogène n'est vendu qu'en tant que gaz industriel pour des applications spécialisées, et aucune infrastructure n'existe pour le distribuer à grande échelle. Cependant, des initiatives comme celle de BMW ont pour objectif d'aider à surmonter les obstacles techniques, et pas seulement en développant des véhicules aux performances équivalentes aux voitures à essence, mais aussi en mettant au point des procédures de remplissage qui seront à la fois sécuritaires et compatibles avec les attentes des futurs consommateurs. Tout cela, nous dit-on, pour permettre un jour de nous affranchir de notre dépendance envers le pétrole.

Avec la technologie actuelle, l'hydrogène peut être obtenu de deux façons: soit en l'extrayant du gaz naturel, ce qui a pour désavantage d'émettre beaucoup de CO2, ou par électrolyse, en faisant circuler un courant électrique dans de l'eau afin de briser les molécules, ceci pour récolter séparément l'oxygène et l'hydrogène qui la compose. L'électrolyse est un moyen de production très écologique, à condition que l'électricité ne provienne pas d'une centrale thermique où l'on brûle des carburants fossiles, ou d'un réacteur nucléaire. C'est d'ailleurs là le scénario idéal, présenté par les promoteurs de l'hydrogène: un monde rêvé où le carburant des voitures serait dérivé de l'énergie du soleil ou du vent, et où aucune émission polluante ni aucun gaz à effet de serre ne seraient émis. Malheureusement, on en est encore bien loin, car l'hydrogène que l'on peut acheter aujourd'hui est bien loin du miracle vert que l'on nous promet.

Quelques embûches

L'autonomie restera un problème tant que les véhicules à hydrogène demeureront des conversions d'automobiles traditionnelles. Ce n'est pas qu'une question de réservoir, cela devient un problème d'architecture automobile. Pour accroître l'autonomie, il faudra bien sûr augmenter la capacité du réservoir, mais ensuite aussi concevoir des véhicules pratiques autour de ces volumineuses bonbonnes. Avec son énorme réservoir qui occupe la moitié du coffre de la voiture, la BMW H7 peut emporter 8 kg d'hydrogène (l'équivalent de 27 litres d'essence) lui procure une autonomie de 200 km. Afin de limiter le volume, l'hydrogène est refroidi et liquéfié, et non pas stocké sous forme gazeuse, ce qui impose de le maintenir sous les - 253 °C, une température au-dessus de laquelle l'hydrogène entre en état d'ébullition. Enfermé dans cette grosse bouteille thermos à double paroi, isolée sous vide, l'hydrogène liquide peut maintenir sa température pendant plus d'un mois. Puis, si le gaz se réchauffe, il sera évacué graduellement par une soupape spéciale sur le toit de la voiture. Dans l'état actuel de développement de cette technologie, il faut près de huit minutes pour faire le plein d'une Hydrogen-7. Cela se fait à l'aide d'un embout similaire à ceux qui sont utilisés en Formule 1. Les ingénieurs travaillent déjà à un système de remplissage entièrement robotisé qui rechargera le réservoir par le dessous du véhicule.

Pour être brûlé dans un moteur, l'hydrogène liquide doit être décompressé puis injecté près de la soupape d'admission de chaque cylindre. Puisque l'hydrogène est extrêmement léger et volatil, qu'il s'enflamme spontanément plus facilement que l'essence et qu'il brûle beaucoup plus rapidement que cette dernière, le défi technique majeur pour les ingénieurs qui ont développé le moteur de la BMW Hydrogen-7 fut de contrôler le flux d'air dans la tubulure d'admission et l'adjonction parcimonieuse d'hydrogène. En effet, ce gaz particulièrement rebelle a tendance à circuler à contre-courant pour causer d'impressionnants retours de flamme. La conversion d'un moteur à combustion à l'hydrogène oblige aussi à concevoir des têtes de moteur qui se dispensent de l'effet lubrifiant des hydrocarbures sans subir une usure accélérée.

L'usage de l'hydrogène réduit la puissance d'un moteur d'environ 20 % par rapport à son équivalent fonctionnant à l'essence. Pour maintenir un bon niveau de performance à ce stade du développement, BMW a préféré utiliser un V12 de 6.0 litres à bord de l'Hydrogen-7. J'ai pu constater que la puissance était amplement suffisante lors d'un court essai routier accompagné d'un ingénieur responsable de la conception du système à hydrogène. Fier de sa création, il me conseilla de tester l'accélération spectaculaire de la voiture. Un sympathique membre de la force constabulaire de Toronto, embusqué près de là, cinémomètre laser au poing, fut beaucoup moins impressionné par la performance. Cela me vaut maintenant l'honneur douteux d'être un des très rares automobilistes sur cette planète à s'être fait prendre pour excès de vitesse au volant d'une voiture à hydrogène.

Perspectives

Pour l'avenir, BMW compte faire évoluer sa technologie à hydrogène pour se rapprocher encore plus de solutions qui seront viables pour la production en grande série. Le futur de ce programme de recherche passera assurément par un nouveau type d'architecture de véhicule, où le réservoir sera disposé longitudinalement, au centre de la voiture, entre les sièges. Son intégration au châssis monocoque permettra ainsi de réduire ses coûts de fabrication de façon importante, tout en augmentant sa capacité, mais sans trop compromettre l'habitabilité du véhicule. On envisage aussi l'emploi de la turbocompression pour remédier au déficit de puissance, mais on comprend bien que ce soit particulièrement délicat en raison du comportement imprévisible de l'hydrogène. La BMW Hydrogen-7 n'aura été qu'un jalon vers la création de véhicules d'un type nouveau qui seront conçus en fonction de ce nouveau carburant, sans pour autant menacer l'agrément de conduite ni la rentabilité de leur constructeur.

Il reste maintenant à voir si l'implantation d'un réseau de vente d'hydrogène saura suivre le rythme de cette évolution. Comme dans l'histoire de l'oeuf et de la poule, on ne pourra pas mettre en marché ces voitures si le réseau de distribution de carburant n'existe pas, pas plus que l'on ne pourra construire un réseau s'il n'y a pas déjà une demande établie. À ce titre, des véhicules bicarburants, pouvant aussi fonctionner à l'essence, seraient mis sur le marché pendant la période de transition, alors que l'on densifierait le réseau de distribution. Après, seulement, des voitures roulant exclusivement à l'hydrogène seraient commercialisées.

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Collaborateur du Devoir

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