• David Wyatt

Piles à combustible : les réflexions d’IDTechEx


17/11/2021 - Tous les grands acteurs de l'industrie automobile se lancent dans une course au développement et au déploiement de véhicules à émission zéro : un changement tumultueux de la technologie des groupes propulsion est en cours. Le nouveau rapport d'IDTechEx, « Véhicules électriques à pile à combustible 2022-2042 », analyse le rôle des piles à combustible dans les véhicules routiers. Les systèmes de piles à combustible présentent un potentiel technologique pour les applications de transport routier qui doivent être exemptes d'émissions, mais où la demande de conduite quotidienne ne peut être satisfaite par un groupe propulsion à batterie seule.

Les transports routiers contribuent largement aux émissions de gaz à effet de serre de chaque pays. Par exemple, les voitures, les véhicules utilitaires légers, les camions et les bus sont responsables, au total, d'environ 93 % des émissions de gaz à effet de serre liées au transport intérieur dans l'UE. De même, aux États-Unis, les véhicules routiers génèrent environ 85 % des émissions liées aux transports intérieurs. Cette proportion élevée place le secteur dans la ligne de mire des décideurs politiques.


Il est reconnu qu'une décarbonisation presque totale du transport routier est nécessaire pour que les pays atteignent leurs objectifs climatiques de 2050 fixés dans le cadre de l'Accord de Paris. Tout aussi importante est la reconnaissance croissante de l'impact des émissions dues au trafic sur la qualité de l'air local et la santé des populations urbaines. Les grandes villes cherchent de plus en plus à interdire ou à taxer l'entrée des véhicules à moteur à combustion dans les centres-villes, ce qui a un impact sur le choix de la technologie pour les transports publics, les véhicules de livraison et les flottes de taxis, ainsi que pour les voitures particulières. Des solutions à émissions nulles sont nécessaires pour tous les segments de véhicules routiers et la technologie devra être capable de répondre au cycle de travail quotidien de ces applications, aussi ardu soit-il.

Bien que les solutions électriques à batterie soient à la pointe de la transition vers des groupes propulsion à émissions nulles, la densité énergétique des batteries lithium-ion automobiles actuelles signifie que l'autonomie quotidienne des véhicules électriques à batterie (BEV) est limitée à la fois par le poids maximal des batteries pouvant être transportées par un véhicule et par l'espace disponible pour les batteries dans le véhicule.

Les systèmes de piles à combustible (qui intègrent une pile à hydrogène dans l'architecture du véhicule électrique) produisent de l'énergie électrique pour alimenter le véhicule au moyen d'une réaction chimique entre le carburant hydrogène (stocké à haute pression dans des réservoirs à l'intérieur du véhicule) et l'air purifié. Les systèmes de piles à combustible peuvent offrir une densité d'énergie supérieure à celle des groupes propulsion à batterie et donc une plus grande autonomie à poids égal.


Cet avantage, associé à la possibilité de faire le plein d'hydrogène beaucoup plus rapidement que le temps nécessaire pour charger une grosse batterie li-ion, signifie que les véhicules électriques à pile à combustible (FCEV) offrent une flexibilité opérationnelle plus proche de celle des véhicules à moteur à combustion actuels que celle des BEV. Dans certaines applications, le véhicule électrique à pile à combustible peut être la seule solution viable pour un groupe motopropulseur à zéro émission.

Les grands constructeurs, dont Toyota, Ford, Honda, GM, Hyundai, Volkswagen, Daimler et BMW, ont investi des sommes considérables au cours des 30 dernières années pour faire progresser les technologies des piles à combustible, et la technologie est disponible dans le commerce depuis 2014, lorsque Toyota a commencé la production de masse de son Mirai FCEV.

Cependant, pour les voitures particulières, le point culminant de ces efforts est la réalité : en 2021, seuls deux grands constructeurs, Toyota et Hyundai, ont des voitures FCEV en production, et moins de 10 000 FCEV ont été vendues en 2020. En comparaison, les véhicules électriques à batterie, dont le développement a commencé sérieusement au même moment que celui des FCEV, se sont vendus à plus de 3 millions d'unités en 2020. Les voitures particulières à pile à combustible poursuivent une cible mouvante qu'il sera difficile de rattraper, les technologies des véhicules électriques à batterie s'améliorant rapidement dans ce segment. Alors que les groupes propulsion des BEV suscitent des inquiétudes quant à la nécessité de remplacer les batteries au cours de la durée de vie du véhicule et qu'il y a eu plusieurs rappels de véhicules liés à des incendies de batteries, les voitures FCEV seront probablement confrontées à des problèmes similaires à mesure que la technologie des systèmes de piles à combustible arrivera à maturité. Hyundai a annoncé en août de cette année qu'elle rappelait 15 000 NEXO (tous les NEXO vendus avant juin 2021) pour résoudre un problème de cliquetis. L'entreprise a également annoncé un programme de rachat pour les NEXO qui doivent être remplacées par des piles à combustible avant 250 000 km. Les défauts de qualité de Hyundai constituent un revers pour les partisans des voitures FCEV, étant donné que la NEXO a représenté environ la moitié des ventes mondiales de voitures FCEV.

Part de marché des trois principaux fabricants de voitures FCEV. Source : IDTechEx "Véhicules électriques à pile à combustible 2022-2042".

L'avantage de l'autonomie et du ravitaillement en carburant des véhicules à pile à combustible signifie que les applications à usage intensif, comme le camionnage à longue distance ou l'exploitation d'autobus à kilométrage élevé, qui nécessiteraient une très grande batterie avec une architecture à batterie seule, offrent probablement de plus grandes possibilités pour la technologie des piles à combustible à court terme. Le rapport d'IDTechEx explore le déploiement des véhicules à pile à combustible dans ces secteurs et examine les progrès accomplis. Hyundai, par exemple, effectue des essais commerciaux en Suisse avec une flotte de 46 camions FCEV, et prévoit de porter ce nombre à 1 600 d'ici 2025. La société a également annoncé des projets de camions FCEV aux États-Unis et des commandes de 4 000 camions FCEV en Chine. Les véhicules à pile à combustible ont également pénétré le marché des bus, avec plus de 150 bus à pile à combustible en service en Europe, 65 aux États-Unis et plus de 3 000 en Chine. Le nombre croissant de commandes d'autobus à pile à combustible laisse penser que la demande augmente, au moins jusqu'à un niveau d'essai pilote.

Les véhicules électriques à pile à combustible peuvent avoir un rôle à jouer dans la réalisation des objectifs en matière de changement climatique, mais il reste des obstacles importants à surmonter avant que les véhicules à pile à combustible à faibles émissions ne soient commercialement réalisables. L'un de ces obstacles, et non des moindres, est la nécessité de produire de l'hydrogène vert renouvelable à faible coût, ce qui est essentiel pour rendre les véhicules électriques à pile à combustible à la fois économiquement viables et conformes aux critères de faible émission sur lesquels repose la promotion de cette technologie.


Le coût élevé de la production d'hydrogène vert et sa relative rareté signifient qu'il n'est actuellement pas économiquement viable en tant que carburant pour le transport. 95 % de l'hydrogène produit aujourd'hui est généré à partir de combustibles fossiles, qui, bien que bon marché, n'améliorent pas beaucoup l'empreinte carbone des véhicules routiers. La nécessité de construire des stations de ravitaillement en hydrogène est également un obstacle qui limitera le déploiement des véhicules à pile à combustible aux pays prêts à s'engager dans un financement substantiel des infrastructures. L'utilisation de l'hydrogène vert comme carburant pour le transport présente également une inefficacité inhérente. En raison des pertes d'efficacité liées à la transformation de l'électricité renouvelable en hydrogène pressurisé, puis en électricité pour alimenter le véhicule, l'électricité renouvelable aura probablement plus d'impact sur la réduction des émissions lorsqu'elle sera déployée dans des véhicules électriques à batterie.