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Train à hydrogène : Boum ou Pchitt ?

La SNCF vient de passer commande à Alstom des 12 premiers trains à hydrogène français. Les essais doivent commencer en 2023 pour une mise en service en 2025. Parée de toutes les vertus, l’hydrogène est-elle le graal de l’énergie propre ? Pas si sûr, expliquent Bernard Miermont, expert aéronautique et énergie, et François Siegel.

Le 08/04/2021 par Bernard Miermont
train à hydrogène
Camion électrique ou train à hydrogène ? Les visions de Tesla et d’Alstom divergent. (Crédit : Alstom)
Camion électrique ou train à hydrogène ? Les visions de Tesla et d’Alstom divergent. (Crédit : Alstom)

Le 8  septembre 2020, les ministres de la Transition écologique et de l’Économie, Barbara Pompili et Bruno Le Maire, ont présenté la stratégie nationale pour le développement de l’hydrogène : “La France a la conviction que l’hydrogène décarboné sera l’une des grandes révolutions de notre siècle : pour la décarbonation du secteur industriel, pour développer et déployer des solutions de mobilité sans émission, pour stocker l’énergie et apporter des réponses complémentaires à l’intermittence des énergies renouvelables.”

Notons au passage, et c’est un point essentiel, qu’il est question dans les termes officiels du plan d’hydrogène décarboné, et non d’hydrogène vert. L’hydrogène est dit vert s’il ne provient pas d’énergies fossiles, mais est issu de la biomasse ou obtenu par électrolyse – avec de l’électricité éolienne par exemple. Il est dit décarboné s’il est produit par électrolyse à partir d’électricité nucléaire. Cette dernière, qui compose une bonne part du mix énergétique français, ne peut pas être considérée comme “verte” en raison des déchets radioactifs qu’il faudra stocker pendant quelques centaines ou milliers d’années.

Cet article a initialement été publié dans WE DEMAIN n°32, paru en novembre 2020, disponible sur notre boutique en ligne.

Naissance d’une légende

L’hydrogène se déclinerait donc en trois usages principaux : stocker l’énergie, verdir certains usages industriels, et remplacer le diesel et l’essence dans les usages mobiles.

H², la molécule d’hydrogène, est une vieille connaissance. L’alchimiste suisse Paracelse, à la Renaissance, découvre lors de ses recherches un gaz qui se transforme en eau lorsqu’il brule d’une flamme invisible. Le feu devient de l’eau, et c’est Lavoisier qui lui donne son nom. Hydro-gène : qui engendre de l’eau. La légende est née. Un gaz brule en ne laissant derrière lui que de l’eau pure, un vrai miracle écologique  !

L’âge d’or de l’hydrogène se situe dans les années 1850, avant la découverte du pétrole. On gonfle des ballons, puis des dirigeables. Le premier moteur à explosion (brevet déposé par Étienne Lenoir en 1859) fonctionne au gaz d’éclairage, qui est de l’hydrogène obtenu par pyrolyse de la houille. Ce même gaz va conquérir la ville et allumer les réverbères (à Paris, les premiers remontent à 1829). La première liaison aérienne commerciale entre l’Europe et l’Amérique est faite par un dirigeable allemand Zeppelin gonflé à l’hydrogène, dans les années 1920. Des voitures à gaz ont déjà roulé, des avions alimentés à l’hydrogène ont déjà volé.

Peu de sources naturelles d’hydrogène

Mais la belle histoire se termine quand l’hydrogène gazeux se fait évincer par des hydrocarbures beaucoup plus denses en énergie, beaucoup plus faciles à manipuler et disponibles en abondance sous nos pieds : le pétrole.

L’hydrogène, qui est le plus léger des gaz, transparent, inodore, non toxique, est le plus énergétique des combustibles. Mais, revers de la médaille, sa densité énergétique par unité de volume est très faible. Même fortement compressé (ou même liquéfié) il occupe beaucoup plus de volume que la même quantité d’énergie sous forme d’essence. C’est cette caractéristique physique, incontournable, qui explique que l’hydrogène se soit fait discret pendant plus d’un siècle.

Les sources naturelles d’hydrogène sont extrêmement rares sur Terre : il en existe en Islande ou au Mali, par exemple. L’hydrogène, comme d’ailleurs l’électricité, n’est donc pas une source d’énergie, mais doit être considéré comme un vecteur. C’est-à-dire un moyen de transmettre de l’énergie depuis la vraie source primaire (le gaz naturel, la biomasse qui produit du méthane ou la centrale nucléaire) jusqu’au moteur d’un véhicule, par exemple.

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LE TRAIN À HYDROGÈNE ROULE DÉJÀ

Le train à hydrogène d’Alstom roule déjà, il s’appelle Coradia iLint et fonctionne avec une pile à combustible (PAC) qui alimente les moteurs électriques. Vingt-sept motrices ont été vendues en Allemagne, quarante-et-une aux Pays-Bas une quinzaine en France – et le nouveau plan de relance du gouvernement prévoit de gros investissements dans cette voie. Il n’est pas en concurrence avec le TGV, qui est déjà électrifié, mais avec le train à batterie lithium de Bombardier (désormais propriété d’Alstom).

Les Japonais, quant à eux, viennent de mettre en service une nouvelle rame de leur train à grande vitesse, le Shikansen N700S, qui a la particularité de pouvoir aussi fonctionner sur des batteries lithium-ion. Les batteries se rechargent sur les tronçons électrifiés et le train peut si nécessaire poursuivre sa route sans encombre sur les voies secondaires non électrifiées. Que le meilleur gagne  !

Retrouvez la suite de notre grand dossier sur l’hydrogène, ses promesses et ses limites en matière de stockage, ses usages industriels ou dans les transports dans WE DEMAIN n°32.

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