Comme d’autres alternatives, les moteurs à hydrogène et les piles à combustible permettent une mobilité sans émissions de dioxyde de carbone. Freudenberg Sealing Technologies (FST) apporte son soutien à ces deux technologies, par des solutions d’étanchéité appropriées.
L’objectif des systèmes de propulsion alternatifs est de permettre une mobilité à faible impact sur le climat. Outre les véhicules électriques à batterie, les propulsions à hydrogène, utilisées tant dans les véhicules à pile à combustible que dans ceux à moteurs thermiques, suscitent de grands espoirs. FST peut proposer pour l’un et l’autre des solutions d’étanchéité.
Prof. Eberhard Bock, Vice President Technology and Innovation, FST, en est convaincu : « Le moteur thermique à hydrogène sera mis en œuvre sur les poids lourds et les bus ». Alors que tout le monde parle des piles à combustible, cette opinion peut paraître osée. Toutefois, nombre de constructeurs de renom dans le domaine des moteurs thermiques la partagent et travaillent au développement de moteurs à hydrogène. Les raisons en sont évidentes : il s’agit là d’une technologie prometteuse et personne ne voudrait être en retard lorsque l’économie de l’hydrogène prendra son essor. Les sous-traitants soutiennent ce processus de développement par des produits appropriés, permettant aux moteurs thermiques de fonctionner non seulement à l’essence et au diesel, mais aussi à l’hydrogène.
« Le potentiel du moteur à hydrogène réside dans l’expérience acquise avec le moteur thermique traditionnel. »
Professor Eberhard Bock
Vice President Technology and Innovation
Modification du moteur à combustion
Finalement, à bien y regarder, poser ces jalons est logique. Les bases sont là : « Le potentiel du moteur à hydrogène réside dans l’expérience acquise avec le moteur thermique traditionnel », déclare Eberhard Bock, Professeur honoraire à l’I.U.T de Kaiserslautern. Les moteurs à combustion sont construits depuis bien plus de 100 ans maintenant et sont considérés comme d’une maturité technologique accomplie. Il en est convaincu : « Il existe dans ce domaine suffisamment de savoir-faire et de spécialistes pour développer et optimiser des moteurs à l’hydrogène en investissant relativement peu de travail et de frais ». Après tout, des constructeurs allemands et américains ont présenté récemment des moteurs puissants de ce type et visent la production en série. Ils profitent ici de pièces qu’ils peuvent emprunter aux moteurs thermiques classiques. Le défi est ici pour eux d’adapter certains éléments à l’hydrogène : la culasse, les pistons, les segments de piston et le dispositif d’injection, pour lesquels ils doivent tenir compte, entre autres, des températures, qui peuvent être à court terme plus élevées que dans les moteurs thermiques.
La production de modèles de moteurs à l’hydrogène est favorisée aussi par le fait que les lignes de production existantes peuvent être transformées sans grands investissements pour les moteurs H2. De plus, les chaînes d’approvisionnement en matériel sont bien rôdées et la production n’exige pas de matériels rares. Les moteurs à hydrogène présentés récemment atteignent près de 300 kW et des couples de plus de 1.000 Nm – une puissance suffisante pour la mise en œuvre dans des engins agricoles ou de chantier. Parallèlement, ces moteurs peuvent être utilisés dans des installations stationnaires, par exemple dans des centrales thermiques ou des générateurs de secours. Des moteurs de jusqu’à 1.000 kW et 5.000 Nm sont déjà en développement pour cela. Ces moteurs à 12 cylindres ont une cylindrée de jusqu’à 50 litres et seront mis en œuvre dans l’extraction minière.
Avantages des propulsions à l’hydrogène
Si l’on compare des véhicules à moteur électrique à batterie et des véhicules à l’hydrogène, ces derniers marquent des points dans certaines catégories pertinentes. Leur prix d’achat sera probablement plus faible, leur entretien toutefois plus cher. De plus, les véhicules à moteur H2 sont plus légers, faire le plein est plus rapide, et ils ont une plus grande autonomie. Et à supposer l’élaboration d’une infrastructure hydrogène de grande envergure avec un réseau de stations étendu, les débouchés pour les véhicules particuliers à moteur à hydrogène augmenteront eux aussi.
Toutefois, le rendement des moteurs à hydrogène, donc la différence entre l’énergie investie et l’énergie réellement utilisée, est moins convaincant. Pour les véhicules électriques à batterie, il est de jusqu’à 85 %. Le diesel, lui, arrive à quelque 50 %, bien qu’un constructeur chinois ait obtenu récemment un rendement remarquable de 53 %. Le moteur thermique à H2 est à 40 %, il pourrait donc faire mieux. Le rendement de la pile à combustible à hydrogène est de plus de 60 %.
Ouverture technologique pour les propulsions durables
Mais qu’il s’agisse des piles à combustible ou des moteurs à hydrogène, Eberhard Bock recommande quoi qu’il en soit une certaine ouverture d’esprit technologique : « Toutes les propulsions durables devraient être les bienvenues. » Au niveau des moteurs à hydrogène, ceci suppose un hydrogène de production « verte ». Aujourd’hui, la technologie des piles à combustible est largement développée. Elles aussi présentent les avantages de pouvoir faire le plein de manière rapide, et d’une grande autonomie, et il existe une demande au niveau des poids lourds grand tonnage, des véhicules de logistique et des bus. « Chez FST, nous nous penchons depuis longtemps sur des solutions d’étanchéité pour les différents types de propulsion. Nous aidons ainsi les constructeurs par le développement commun de solutions haut de gamme, mais aussi de produits standardisés », résume Eberhard Bock.
Des matériaux performants et demandés
En ce qui concerne les questions de technique d’étanchéité, des constructeurs et sous-traitants de renom s’adressent tout naturellement à FST. Notamment parce que, outre la sécurité des processus et les compétences dans le domaine du design des produits, le choix du matériau approprié est un aspect absolument essentiel. « Nous avons toujours trouvé une solution d’étanchéité pour les cas difficiles. Que ce soit pour les moteurs thermiques ou les piles à combustible », souligne Eberhard Bock. « Un avantage est ici pour nous que nous détenons les brevets de matériaux performants et qui ont fait leurs preuves. » Dans le domaine de la pile à combustible, il faut citer ici par exemple Fuel Cell Polyolefin (FCPO), utilisé en série. Au contraire des mélanges de caoutchouc courants, ce matériau ne dégage pas de substances nocives – ce qui est bon pour les piles à combustible, lesquelles sont très sensibles à de telles substances, qui entraînent une baisse des performances. De plus : même les molécules d’hydrogène, très petites et volatiles, ne pénètrent que très lentement dans ce matériau, d’une grande durée de vie et résistant à la chaleur.
Pour le moteur à hydrogène, un autre matériau à base de FKM, développé en propre, s’impose. Il peut faire face à des températures de 200 °C, aux fluides de refroidissement et aux acides, est tout aussi résistant et étanche à la perméation que le FCPO, et est donc prédestiné pour le moteur à H2. Toutes ces qualités permettent de le mettre en œuvre dans les éléments à modifier, comme le système d’injection.
Les entreprises avancent, la politique doit suivre
Pour que les propulsions à l’hydrogène deviennent pertinentes, c’est, selon Eberhard Bock, aux pouvoirs politiques de jouer. « Un point décisif sera l’élaboration résolue et rapide d’une infrastructure pour l’économie de l’hydrogène. » D’autant plus qu’au niveau international, de nombreux états poursuivent de tels projets et construisent des sites de production et de distribution. « Que ce soit en Australie, en Extrême-Orient ou en Amérique du Nord, il y a actuellement beaucoup d’argent qui coule dans des projets liés à l’hydrogène. Il nous faut veiller, en Allemagne, à ne pas rater le coche. Car nous avons beaucoup de bonnes idées, mais nous les réalisons trop lentement pour l’instant. »
Il sera donc décisif de garder le cap et de rester ambitieux – d’autant que les efforts et le temps nécessaires pour cela ont souvent été sous-estimés. Il faudra donc faire preuve d’une longue haleine. Ce n’est qu’ainsi que la transition énergétique et la décarbonisation pourront réussir, pense Eberhard Bock. « Notre motivation première doit être le climat », déclare-t-il. « Pour que cette motivation se manifeste dans tous les domaines, l’État doit y inciter. Par exemple par une taxation CO2 élevée, des subventions pour l’hydrogène „vert“ et une infrastructure hydrogène étendue. »
En attendant, constructeurs et sous-traitants, comme FST, travaillent à des solutions viables pour les moteurs à hydrogène, sans cesse affinées. Car, pour citer Eberhard Bock, le moteur thermique à hydrogène, il viendra. Ses avantages sont évidents.
