Face aux limites des batteries pour la mobilité lourde, l’hydrogène apparaît comme une piste prometteuse pour décarboner ces usages. Mais à quel point passer à l’hydrogène pour un poids-lourd ou un bus réduit les émissions de gaz à effet de serre ? Vaut-il mieux brûler l’hydrogène ou le transformer en électricité dans une pile à combustible ? Quels coûts représentent ces diverses solutions ? C’est à ces questions qu’a voulu répondre l’étude TranpLHyn (Transports Lourds fonctionnant à l’Hydrogène) réalisée par l’Ifpen, avec le soutien de l’Ademe, qui a été publiée mi-septembre.
L’étude porte sur quatre types de véhicules : le poids lourd 44 tonnes, le bus urbain articulé de 18 mètres, l’autocar régional et la pelle sur chenilles de 75 tonnes. Pour chacun, quatre motorisations possibles ont été évalués : moteur thermique diesel, moteur à combustion interne d’hydrogène, moteur électrique alimentée par une pile à combustible à hydrogène de type membrane échangeuse de protons, une motorisation hybride thermique-électrique.
Le premier volet de l’étude visait notamment à comparer la consommation d’énergie des différents véhicules. Dans tous les cas, cette évaluation énergétique a montré l’intérêt des solutions électrifiées : la consommation des véhicules à pile à combustible est réduite de 10 à 40% environ par rapport à des versions équipées d’un moteur thermique à hydrogène. Et l’intérêt est encore plus fort pour des usages urbains où la récupération d’énergie au freinage améliore l’efficacité énergétique du véhicule.
Un coût total de possession multiplié par 1,5 à 3 pour l’hydrogène vert par rapport au Diesel
Deuxième volet de cette étude, le coût total de possession des véhicules a été évalué à partir du coût d’achat auquel ont été soustraites les aides à l’achat éventuelles, puis ajoutés le prix du carburant consommé, les frais de maintenance et d’assurance et éventuellement le coût associé au remplacement de la pile à combustible et de la batterie pour les architectures concernées.
Pour les quatre types de véhicules étudiés, le passage à l’hydrogène entraine une multiplication du coût total de possession par un facteur 1,5 à 3 par rapport à un véhicule Diesel pour une utilisation d’hydrogène « vert » issu de l’électrolyse, par opposition à de l’hydrogène carboné obtenu par reformage de méthane. Dans le cas des moteurs thermiques à hydrogène, cette hausse est principalement due à la consommation d’énergie et donc au prix élevé de l’hydrogène. Une faible hausse de l’investissement par rapport au Diesel est également observée, correspondant au réservoir à hydrogène.
Parité économique pour un hydrogène à 3 euros le kg
Quant aux solutions à pile à combustible, elles entrainent une consommation d’hydrogène plus faible mais pas assez pour compenser la forte hausse de l’investissement associée au coût élevé de la pile à combustible. En revanche, des différences de coûts sont à noter en fonction des usages, du prix de l’hydrogène et de la maturité des technologies. Pour tous les véhicules, la rentabilité de la motorisation thermique à l’hydrogène par rapport à la motorisation Diesel est atteinte pour un prix de l’H2 de 3 €/kg, prix actuel de l’hydrogène carboné. Et à moins de 10 €/kg, le coût total de possession la version à moteur thermique à hydrogène devient inférieur à celui de la version électrifiée à pile à combustible dans la majorité des configurations.
Le rapport souligne que « des efforts sur le coût de fabrication de la pile à combustible ainsi que sur sa durée de vie (élimination du besoin de remplacement pendant la durée de vie du véhicule) sont nécessaires pour que le coût total de possession de la version à pile à combustible approche celui de la version Diesel. »
Une réduction des émissions de gaz à effet de serre d’un facteur 2 à 5
Enfin, le dernier volet de l’étude évalue les émissions de gaz à effet de serre (GES) pour les différentes applications au moyen d’une analyse de cycle de vie (ACV) pour le poids lourd 44 tonnes et le bus articulé de 18 mètres. Deux scénarios ont été envisagés?: un premier « bas carbone » dans lequel l’hydrogène est produit par électrolyse à partir d’électricité provenant du mix électrique français et un second « décarboné » dans lequel l’hydrogène est produit à partir d’électricité issue d’éolien onshore.
Les résultats montrent que, sur l’ensemble du cycle de vie, les solutions à hydrogène permettent une réduction d’émissions de GES en comparaison des solutions Diesel d’un facteur 2 à 5. Dans le cas d’un scénario « bas carbone », elles sont réduites de plus de moitié, et pour la plupart dues à la production d’hydrogène. Par conséquent, l’écart de consommation entre les différents véhicules à hydrogène entre en ligne de compte dans leur impact environnement respectif : les véhicules à pile à combustible, qui consomment moins que les solutions à moteur thermique à hydrogène, présentent les émissions de GES les plus faibles. Et l’utilisation d’hydrogène renouvelable permet de réduire encore de moitié environ les émissions de GES du poids lourd et du bus.
Réduire les coûts de fabrication des piles à combustible et développer la filière de production d’hydrogène renouvelable, les préconisations tirées de cette étude ne sont certes pas originales, mais leur impact est désormais quantifié.
