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Démonstrateur d’hydrogène à Thoune : un pas vers la mobilité durable

Le débat sur l’hydrogène comme alternative durable dans l’automobile ne date pas d’hier. L’hydrogène offre en effet de nombreux avantages par rapport à d’autres vecteurs énergétiques. En collaboration avec d’autres services du DDPS, armasuisse Sciences et technologies prévoit de construire un démonstrateur d’hydrogène à Thoune. Celui-ci servira à engranger de l’expérience dans le domaine de la production durable, du stockage et du transport de l’hydrogène.

Dr Hanspeter Kaufmann et Elianne Egli, armasuisse Sciences et technologies

Un véhicule à hydrogène est arrêté devant une station-service hydrogène sur le site du LFEM
Une station-service hydrogène, comme celle-ci sur le site du LFEM, de même qu’une station-service mobile pour un engagement sur le terrain, sont prévues à Thoune.

Les particuliers n’ont pas été les seuls à accorder une grande importance à la protection de l’environnement et aux modes de vie durables au cours des dernières années et décennies. L’administration fédérale et le DDPS ont également pour objectif de réduire leur empreinte écologique, notamment en augmentant la part des énergies renouvelables. La mobilité compte parmi les principales sources d’émissions de CO2. En Suisse, elle est à l’origine de près d’un tiers de la consommation d’énergie ainsi que de quelque 40 % des émissions de CO2. Au sein du DDPS, elle génère jusqu’à 75 % des émissions de CO2, dont 50 % proviennent du trafic aérien. Le DDPS consomme près de 80 millions de litres de carburant par an (cf. Mobilité).

Phase d’essai de véhicules à hydrogène 

Plusieurs approches prometteuses permettent de réduire les émissions de CO2 d’origine fossile. L’une d’entre elles consiste à utiliser des carburants renouvelables dans le domaine de la mobilité. Voilà plusieurs années que l’on attribue à l’hydrogène un grand potentiel en matière de mobilité verte.

Centre technologique du DDPS, armasuisse Sciences et Technologies (S+T) prévoit de construire un démonstrateur d’hydrogène en collaboration avec d’autres services du DDPS afin d’étudier les possibilités d’utilisation de cette technologie dans le domaine de la mobilité militaire en l’état actuel de la technique. Ce projet consiste en une phase d’essai de véhicules alimentés par de l’hydrogène produit par le DDPS à partir d’énergies renouvelables.

Mais en quoi consiste l’hydrogène ? Sur notre planète, on le retrouve essentiellement en combinaison avec de l’oxygène (O2), sous la forme d’eau (H2O), à l’état de liquide ou de vapeur.
La production d’hydrogène implique de dissocier l’oxygène et l’hydrogène de l’eau. L’électrolyse au moyen d’électricité produite à partir d’énergies renouvelables constitue la méthode de production la plus propre. En combinant à nouveau l’oxygène et l’hydrogène, on obtient de l’énergie électrique et de la chaleur. C’est ce qui se produit notamment dans les voitures électriques équipées d’une pile à combustible. Contrairement aux véhicules électriques à batterie, l’électricité est produite directement au sein du système.

L’hydrogène pas plus dangereux que l’essence

Chaque innovation apporte son lot d’enthousiasme et de réserves. Des réserves qui puisent bien souvent leurs sources dans le contexte concurrentiel. Il n’est donc guère surprenant de voir circuler plusieurs mythes quant aux inconvénients de l’hydrogène. Ce dernier serait ainsi tellement volatil qu’il s’échapperait des parois des réservoirs de stockage, ne permettant de stocker l’hydrogène qu’au prix de pertes considérables. S’il est vrai que cet élément peut « traverser les murs » en raison de ses atomes relativement petits et que l’industrie limitait autrefois ces pertes en appliquant une gestion judicieuse des stocks, les constructeurs automobiles disposent actuellement de combinaisons de matériaux permettant de limiter les fuites au maximum.

Selon un autre mythe bien ancré, les voitures qui fonctionnent à l’hydrogène revêtiraient un potentiel de risque important. En effet, l’hydrogène est aussi inflammable que l’essence et peut former des mélanges explosifs avec l’oxygène, raison pour laquelle il se prête aussi très bien à la combustion dans les moteurs, en parallèle des piles à combustible. Contrairement aux vapeurs d’essence qui sont particulièrement lourdes, la faible densité de l’hydrogène fait qu’en cas d’accident de la route par exemple, celui-ci s’évaporerait immédiatement, et les mélanges potentiellement inflammables auraient tendance à se former au-dessus du véhicule, tandis que les vapeurs d’essence se répandent au niveau du sol.

Autonomie : avantage à l’hydrogène par rapport aux voitures électriques à batterie

La question de savoir si l’hydrogène sera en mesure de s’imposer dans le domaine de la mobilité ne dépend pas uniquement de sa pertinence pour propulser les voitures électriques ou les voitures traditionnelles à combustion interne. Juger de cette question sur la seule base des valeurs de rendement énergétique dans les véhicules électriques à batterie ou pile à combustible ne serait d’ailleurs pas à l’avantage de l’hydrogène. Mais d’autres facteurs comme l’autonomie et la charge utile jouent un rôle beaucoup plus important. C’est là que l’hydrogène tire son épingle du jeu grâce à sa grande densité énergétique, notamment pour le transport de marchandises. Il incombera notamment au démonstrateur d’armasuisse S+T de montrer précisément si ces avantages valent aussi pour les véhicules militaires et dans des scénarios d’engagement réalistes.

Si l’hydrogène est produit à l’aide d’énergies renouvelables, il représente en outre une ressource durable en mesure de contribuer à la mobilité, mais aussi à l’approvisionnement énergétique (stockage de l’énergie) et à la production de substances de base dans l’industrie chimique. De plus, le fait que les matériaux nécessaires à la production et au stockage de l’hydrogène proviennent en principe des régions voisines n’enlève certainement rien à son potentiel.

Expérience engrangée grâce au Defence Future Mobility Demonstrator 

Le démonstrateur d’hydrogène d’armasuisse S+T vise à permettre à l’armée, à la BLA et aux autres services du DDPS d’utiliser l’hydrogène comme vecteur d’énergie dans des conditions spécifiques à un environnement militaire. L’hydrogène étant principalement examiné au titre de carburant alternatif pour les véhicules, ce démonstrateur a été baptisé « Defence Future Mobility Demonstrator » ou DFMD. Sur le plan technologique, le DFMD s’inspire des travaux préparatoires du LFEM à Dübendorf, qui a déjà construit et développé un démonstrateur similaire pour des utilisateurs civils.

Avec le DFMD, armasuisse S+T compte accumuler des expériences en matière de production durable et de stockage, mais aussi de transport et de distribution de l’hydrogène. L’hydrogène est certes utilisé depuis longtemps dans des applications civiles (notamment industrielles), mais l’expérience de ce carburant fait encore défaut dans le domaine de la mobilité, et plus précisément des applications militaires.

L’installation prévue à Thoune permettra aux différents utilisateurs de tester des véhicules qui utilisent l’hydrogène pour produire de l’électricité dans une pile à combustible ou comme carburant pour un moteur à combustion interne. Outre la collecte de données d’exploitation et l’analyse du flux de matières durant la phase d’essai, nous accordons aussi une attention accrue à des aspects qualitatifs comme la fiabilité et la facilité d’utilisation de l’installation. Cela vaut particulièrement pour l’approvisionnement en hydrogène sur le terrain, l’un des principaux défis abordés par ce projet.

La mise en œuvre de ce démonstrateur est prévue au cours des prochaines années, l’objectif étant de réaliser la phase de test entre 2023 et 2025.