Des véhicules à hydrogène pour la Poste en Franche-Comté

Dans le cadre du congrès Mobilis, qui s'est tenu pendant deux jours à Belfort, j'ai découvert l'existence du projet MobyPost. Comme son nom le laisse supposer, c'est un projet de recherche qui concerne des véhicules propres pour La Poste. En l'occurrence, il s'agit même de voitures à hydrogène. Moby Post est un projet européen, lancé à l'initiative du pôle de compétitivité Véhicule du Futur et qui a été finalisé par l'Institut Pierre Vernier, situé à Besançon et spécialisé dans le transfert de technologie. C'est ce même institut qui est intervenu sur la version hydrogène de la F-City (version H2 avec le range extender avec pile à combustible d'origine Michelin). Le projet, qui a démarré il y a quelques mois, consiste à développer une dizaine de véhicules à hydrogène pour La Poste, avec une pile à combustible et en partant d'une feuille blanche.

Le véhicule en question sera conçu sur mesure. Le cahier des charges, fixé par La Poste, prévoit un modèle d'1 m de large maximum, permettant de distribuer le courrier de la main gauche ou de la main droite sans descendre. Les autres exigences sont de pouvoir monter une côte jusqu'à 18 % et de pouvoir transporter 100 kg de courrier, en plus du poids du conducteur. Capable de supporter jusqu'à 300 arrêts pendant une tournée, et devant respecter une autonomie de 50 km, le véhicule MobyPost va innover par un modèle vertueux de production, du soleil à la roue. Ce sera de l'hydrogène vert, obtenu avec des panneaux photovoltaïques et un électrolyseur. Autre nouveauté : le carburant sera stocké sous forme solide dans un réservoir d'hydrures métalliques, avec une pression de 4 à 5 bars* et avec un poids de seulement 300 g. L'auto fournit 10 Kwh d'énergie (plus que le Twizy par exemple).

Voir le diaporama :



Les voitures à hydrogène de La Poste seront visibles en 2013. Il y en aura 5 à Audincourt (Doubs) et 5 à Lons-Le-Saulnier (Jura). Le projet s'appuie sur le FC Lab de Franche-Comté (spécialisé dans l'hydrogène), l'UTBM, MaHyTEC pour le réservoir et le suisse MES pour la pile à combustible, plus Ducati Energia et H2Nitidor en Italie, Eifer et Steinbes Europa Zentrum en Allemagne.

*Au lieu de 350 ou 700 bars en général pour l'hydrogène gazeux.

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Des réservoirs à hydrogène recyclables

La lecture de "Technology Review", la newsletter du MIT, nous apprend que les chercheurs américains sont en passe de résoudre l'un des problèmes liés à la voiture à hydrogène : celui des réservoirs.
Comme vous le savez peut être, l'hydrogène a une faible densité et il faut donc le comprimer pour qu'il puisse être stocké sous forme gazeuse (à 700 bars) ou liquide. Il existe une autre voie, qui est celle du stockage liquide. Un matériau tel que le borane ammoniac permet de stocker de façon solide des molécules d'hydrogène et de les libérer pour qu'elles puissent provoquer une réaction avec la pile à combustible. Le processus est réversible et présente plus de sécurité car ces matériaux solides sont inertes. On mesure la capacité d'un solide à stocker de l'hydrogène par le pourcentage de son poids pris par l'élément. De ce point de vue, le borane ammoniac dépasse largement les objectifs fixés par le département américain de l'énergie, le DOE, (6 % en 2010, 9 % en 2015). Sa capacité est de 19,6 %. En apparence, tout roule, et les chercheurs US pourront ainsi développer un réservoir capable de faire parcourir 300 miles (soit, 460 km) à une voiture à hydrogène.
Mais, il reste encore un problème de taille... Ces matériaux solides nécessitent beaucoup d'énergie pour regénérer le combustible ainsi obtenu, une fois que les molécules d'hydrogène ont été libérées. Une parade a bien été trouvée avec des opérations à basse température et l'aide d'un catalyseur à l'étain. Ca fonctionne, mais ça ne peut pas se faire en roulant.
Autrement dit, on se dirige vers une formule où les véhicules devraient faire remplacer leur réservoir dans un centre spécialisé. On repartirait avec un réservoir tout neuf alors que l'autre serait reconditionné. Ca ressemble finalement à Project Better Place, qui mise aussi sur des stations d'échange de batteries pour la voiture électrique.
Bref, on continue d'avancer, mais ce n'est pas si simple.

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Le CEA et la filière hydrogène (4ème partie)

Pour ce quatrième et dernier volet, consacré à une filière méconnue par bon nombre d'automobilistes (alors, imaginez les politiques...), je vais vous parler des différentes formes du stockage à bord de l'hydrogène. Vous le savez, l'autonomie est bien supérieure (500 km aujourd'hui), par rapport aux batteries des véhicules électriques et le plein prend moins de 5 mn. Le carburant - même s'il faut parler plutôt de vecteur d'énergie - est stocké sous forme gazeuse dans l'automobile et on se dirige vers le stockage solide pour les véhicules plus lourds.

Pour le stockage gazeux, le CEA* a développé des réservoirs compatibles avec des pressions de service de 700 bars. La partie interne du réservoir (le liner), assurant l’étanchéité de l’hydrogène, est réalisée en polymère selon un procédé innovant de synthèse et transformation simultanées (brevetés par le CEA). La coque composite externe assure quant à elle la résistance et la protection mécaniques. Elle est constituée par enroulement filamentaire et utilise des matériaux issus de l’aéronautique comme les fibres de carbone haute résistance.
Ce type de réservoir satisfait aux normes européennes, à la fois en durée de vie (15 000 cycles de remplissage sans perte notable de propriétés), d'étanchéité (avec un taux de fuite 20 fois inférieur à la valeur demandée par la norme, qui est de 1cm3/L/h) et surtout de sécurité. Sur ce dernier point, qui suscite bien des interrogations, les réservoirs du CEA ont démontré leur résistance à des pressions internes supérieures à la pression d’éclatement fixée par la norme (1 575 bars, près de 2,3 fois la pression de service).

Le stockage liquide est plus confidentiel. On se souvient qu'il a été mis en avant par BMW, lors du développement de la Série 7 Hydrogen. Cette technique de stockage cryogénique offre aujourd’hui les meilleures performances en termes de masse et de volume (l'hydrogène occupe un volume de 0,38 litre/kWh). Mais, elle présente deux inconvénients importants : la liquéfaction est très gourmande en énergie et la sécurité des réservoirs est plus difficile à assurer (phénomène de boil-off** et fragilité des réservoirs). Rappelons que l'hydrogène liquide est stocké à 253 degrés et qu'il faut ensuite le réchauffer à bord. Une vraie usine à gaz !

Le stockage solide est une voie à plus long terme. Mercedes a communiqué sur ce point, lors de la présentation de son concept F125, lors du dernier salon de Francfort. Mais, la technologie semble pour le moment hors de portée dans l'automobile, en raison du poids des hydrures. Le CEA-Liten développe des réservoirs pour des applications dites lourdes, par exemple pour les gros engins agricoles ou les bateaux. Un prototype de réservoir contenant près de 2 kg d’hydrogène a ainsi été réalisé et testé fin 2011, en collaboration avec la société AGCO sur un tracteur. La chaleur de la pile à combustible, à environ 60 C, suffit à libérer l’hydrogène du réservoir. Le CEA souhaite développer une filière industrielle de matériaux hydrures bas coût. Ces matériaux, souvent historiquement développés pour des applications métallurgiques de pointe, sont en effet encore trop onéreux. C'est la raison pour laquelle le CEA recherche également de nouveaux partenaires industriels pour lancer une première filière française de réservoirs embarqués pour véhicules lourds.

*Dans son centre du Ripault, près de Tours, où il a mis en place une plateforme de transfert de technologies baptisée Alhyance, sur laquelle sont réunies toutes les compétences et techniques pour la fabrication des réservoirs composites haute pression. Cette plateforme permet également de procéder aux tests de performances et de sécurité des réservoirs d’hydrogène.
**Fuite par évaporation

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