L' hydrogène, en qualité de carburant présente un grand potentiel, permettant une mobilité durable sans émission de CO2 ni gaz contribuant à l’effet de serre. Comme l’électricité, il peut être produit à partir d’un large éventail de sources d’énergie primaires. À l’avenir, l’hydrogène peut également servir de moyen de stockage pour régulariser les énergies renouvelables à grande échelle, améliorant de ce fait les possibilités d’utiliser ces nouvelles sources d’énergie. - Elément de la stratégie de carburants alternatifs de GM pour une mobilité durable - HydroGen4 : déjà plus de 3 millions de km parcourus.EUCAR, le Conseil européen pour la recherche et le développement automobile, dont l’étude dite « du puits à la roue » a confirmé que les véhicules à hydrogène permettaient de réduire notablement les émissions de gaz à effet de serre et pourraient totalement les éliminer sur le long terme. Piles à combustible : un élément de la stratégie de propulsion alternative GM Si l’hydrogène est une solution à long terme pour une mobilité durable et propre, GM s’est engagé sur plusieurs autres technologies qui seront effectives à court et à moyen terme. Ces technologies peuvent réduire, voire, à terme remplacer le pétrole en minimisant les émissions de CO2 et en encourageant la diversification des sources d’énergie. Dans l’immédiat, GM continue à améliorer le rendement de ses moteurs à combustion interne et de ses boîtes de vitesses. Ce travail est mené parallèlement au développement de voitures flex-fuel E85 et de véhicules électriques à autonomie augmentée, telle l’Opel Ampera. Pour le plus long terme, GM croit que la propulsion électrique pure est une technologie incomparable qui permettra de diversifier les sources d’énergie et de réduire à zéro les émissions du véhicule. Les batteries et les piles à combustible ont la possibilité de fournir du courant électrique à bord. Et si l’électricité ou l’hydrogène sont produits à partir d’une source renouvelable – vent, solaire, ou hydro-électricité – l’ensemble de la filière de la source à la roue devient totalement exempt d’émissions de gaz à effet de serre. L’hydrogène peut également être extrait facilement à partir de l’eau avec le procédé de l’électrolyse, ce qui fait que n’importe quelle filière renouvelable pour faire de l’électricité devient également une filière renouvelable pour produire de l’hydrogène. Pile à combustible et batterie : deux facettes de la même fée électricité GM développe des véhicules mus par une pile à combustible à hydrogène tout en continuant à travailler sur le programme de véhicule électrique à batterie. Les deux sont des voies différentes et complémentaires pour arriver à la même destination : un moyen de transport zéro émission et zéro pétrole. Les véhicules électriques purs à batterie (Battery Electric Vehicle, BEV) ont une autonomie limitée et ont besoin d’un temps relativement long de recharge. Ils peuvent convenir seulement à des conducteurs ayant à accomplir de petites distances quotidiennes. GM a pallié le problème du manque d’autonomie en dotant son véhicule d’un prolongateur d’autonomie (Extended-Range Vehicle, E-REV) : la voiture Opel Ampera, équipée d’un petit moteur à combustion servant de générateur pour alimenter le moteur électrique du véhicule sera commercialisée en novembre 2011. Les véhicules électriques à pile à combustible (Fuel Cell Electric Vehicles, FCEV) ont une autonomie plus importante que les BEV, des temps de remplissage nettement plus courts que la recharge de batterie d’un BEV et sont des véhicules zéro émission (ZEV) dans toutes les situations. Mais ils impliquent une nouvelle manière de faire le plein. Ce qui, à son tour, demande une nouvelle infrastructure de distribution de carburant. Ainsi, chaque technologie – prolongateur d’autonomie ou véhicules électriques à pile à combustible – apporte sa pierre à la réussite de l’autre. Il est possible de diminuer les coûts en travaillant sur les synergies et sur les économies d’échelle. Les deux profitent des progrès réalisés dans le domaine des moteurs électriques et des systèmes de pilotage électroniques embarqués. Rouler à l’hydrogène L’ HydroGen4, le FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) de quatrième génération de GM, est l’aboutissement de plus de 10 ans de travail de développement sur l’hydrogène et le système de la pile à combustible. Il bénéficie d’améliorations apportées à sa facilité d’utilisation au quotidien, qui touchent aussi aux performances et à la longévité. La pile à combustible convertit l’énergie chimique stockée dans l’hydrogène en courant électrique en le combinant avec l’oxygène de l’air. Ce qui signifie qu’il n’y a aucune combustion ni émission de CO2. Les seuls sous-produits créés par le procédé sont l’eau et la chaleur. La pile à combustible du HydroGen4 est constituée de 440 cellules fournissant l’énergie électrique qui va alimenter un moteur électrique synchrone de 73 kW, permettant au véhicule de franchir le zéro à 100 km/h en environ 12 secondes. Les valeurs instantanées de couple du moteur électrique offrent également au véhicule une excellente nervosité dès les plus basses vitesses. GM a opté pour une alimentation en hydrogène comprimé, ce qui supprime le problème de la perte par évaporation associée à l’utilisation d’hydrogène cryogénique sous forme liquide. Les trois réservoirs réalisés en fibres de carbone du HydroGen4 contiennent 4,2 kg d’hydrogène, soit assez pour parcourir 320 kilomètres. L’HydroGen4 est équipé d’une batterie tampon de 1,8 kWh pour couvrir les pics de demande électrique et pour stocker l’énergie du système de freinage régénératif de la voiture. L’HydroGen4 peut démarrer et fonctionner par temps de gel, un progrès considérable par rapport à son prédécesseur et un avantage important pour l’utilisation quotidienne. Il a été conçu pour être aussi sûr que les véhicules conventionnels et dispose de dispositifs spécifiques à l’hydrogène pour assurer la sécurité de chacun de ses systèmes importants. L’HydroGen4 à l’épreuve des routes d’Europe * Volet européen de la plus grande évaluation internationale de voitures à pile à combustible jamais menée * Rendement et fonctionnalité profitent d’améliorations techniques Le lancement de la quatrième génération de véhicules GM à hydrogène signale que le monde automobile est désormais encore plus proche de l’arrivée d’une voiture sûre, commercialement viable, sans aucune émission de CO2. L’ HydroGen4 est animé par le système le plus avancé de pile à combustible GM. Ce dernier bénéficie d’améliorations considérables par rapport à la dernière génération : les progrès ont porté sur le rendement, la longévité et la possibilité de démarrer et de fonctionner à des températures inférieures à zéro. L’ HydroGen4 est le résultat de 10 ans de recherche et développement sur l'hydrogène et la pile à combustible qui ont coûté plus d'un milliard de dollars. Dix véhicules semblables sont actuellement exploités à Berlin dans le cadre du Clean Energy Partnership (CEP) et dix de plus seront mis à la route fin 2011 à Düsseldorf. Enfin, début 2012, cinq HydroGen4 rejoindront le projet à Hambourg et 5 à Francfort. Ainsi, trente véhicules constitueront la partie européenne du programme d'essai Project Driveway de GM, la plus grande évaluation de véhicules à pile à combustible jamais menée dans le monde, impliquant au total plus de 100 HydroGen4 d’essais. Cette flotte a déjà parcouru plus de 3 millions de kilomètres cumulés depuis 2007. Les informations récupérées par le Project Driveway aux États-Unis et en Allemagne vont permettre aux ingénieurs de GM d’avoir des confirmations essentielles de leurs calculs, et vont leur fournir également une vue très précise de l’abord de ce type de véhicule, de sa conduite et de son quotidien par ses futurs propriétaires. Les véhicules du CEP sont équipés d'un système de communication sans fil des données, qui permettent aux ingénieurs de disposer dans un serveur GM/Opel de toutes les informations récoltées sur les véhicules. L'entretien des véhicules est fait dans des concessions Opel classiques. Comment fonctionne l’HydroGen4 Le cœur de l’HydroGen4 est sa pile à combustible. Les piles à combustible convertissent l'énergie chimique stockée (de l'hydrogène en l'occurrence) en énergie électrique sans combustion ni émission de CO2. Par le biais d'une réaction électrochimique, elles réunissent hydrogène et oxygène pour constituer de l'eau, tout en produisant au passage de l’électricité. A l’intérieur de chaque cellule de la pile à combustible l'hydrogène se sépare en protons et en électrons sur le catalyseur placé à l'anode. Les protons à charge positive traversent la membrane en direction de la cathode, alors que les électrons à charge négative transitent par un circuit externe, produisant en chemin un flux électrique. Sur le catalyseur de la cathode, l'oxygène réagit avec les électrons et les protons et forme de l’eau. Une pile constituée de multiples cellules peut produire ainsi assez de puissance pour alimenter un moteur électrique. La pile à combustible du HydroGen4 se compose de 440 cellules connectées en série. L’ensemble du système offre une puissance électrique atteignant 93 kW. Il alimente un moteur électrique synchrone de 73 kW/100 ch. L’ HydroGen4 franchit le zéro à 100 km/h en 12 secondes environ, et la vitesse maxi de cette traction-avant est de l’ordre de 160 km/h. Il bénéficie aussi d’une excellente nervosité dès les plus basses vitesses, due à la valeur instantanée de couple du moteur électrique, 320 Nm. A la différence de l’HydroGen3, les différentes cellules de l’HydroGen4 sont disposées horizontalement – alors qu’elles étaient verticales – pour des raisons d’encombrement, permettant une meilleure répartition des différents composants dans le véhicule. L’alimentation en gaz de la pile sur l’HydroGen4 est également différente de l’HydroGen3 : au lieu d'un compresseur à vis à la cathode, c’est un turbocompresseur électrique qui alimente en air la pile à combustible. Le silence et le rendement y gagnent. L’HydroGen4 peut démarrer et rouler à des températures inférieures à zéro. Il s’agit là d’un progrès considérable par rapport à son prédécesseur, et d’une qualité essentielle pour l’utilisation au quotidien de véhicules à pile à combustible. Cette amélioration a été rendue possible grâce à la combinaison intelligente de mesures comme l'isolation thermique, la gestion de l'eau et la stratégie de fonctionnement. L’ HydroGen4 fonctionne à l’hydrogène comprimé L’HydroGen4 dispose d’un réservoir composé de trois bonbonnes haute pression de 700 bar réalisées en composite de fibres de carbone pouvant contenir au total 4,2 kg d'hydrogène. Ce qui lui permet d’avoir une autonomie atteignant 320 kilomètres. L'expérience tirée de la flotte HydroGen3, au sein de laquelle plusieurs véhicules utilisaient des systèmes cryogéniques de stockage de l'hydrogène liquide, a conduit GM à décider d’utiliser le stockage d'hydrogène sous forme de gaz comprimé à 700 bars. Une batterie tampon pour le freinage régénératif Le système de propulsion à pile à combustible de l’HydroGen4 est secondé par une batterie tampon nickel-hydrure de métal d’une capacité de 1,8 kWh. La batterie permet d’améliorer les performances en assumant les demandes de crête du système. Le rendement de l’ensemble du système de propulsion est également amélioré car la batterie tampon permet le freinage régénératif. En freinant ou en décélérant, le moteur électrique passe en mode générateur et utilise l'énergie électrique produite par le freinage pour recharger la batterie. En cas de freinage plus important, l’HydroGen4 fera alors aussi appel à un système de freinage hydraulique, comme une voiture conventionnelle. Cette association de freinage régénérateur et de freinage hydraulique est appelée freinage mixte. Elle est utilisée en faisant intervenir des systèmes comme l’ESP, ou quand la décélération exigée excède les possibilités du freinage régénératif.Les systèmes de batterie et de freinage sont aussi des développements communs au véhicule électrique à autonomie augmentée (E-REV). L’ HydroGen4 est basé sur la carrosserie ducrossover compact de GM, et offre le même confort, le même espace intérieur et la même sécurité qu’une voiture classique actuelle. Le système de pile à combustible prend place dans le compartiment moteur, à la place du moteur conventionnel. La batterie nickel-hydrure de métal repose sous le plancher au milieu du véhicule. Par rapport au modèle de série, l’HydroGen4 se distingue par des prises d'air de refroidissement supplémentaires au bas des ailes avant destinées à la pile à combustible. À l'arrière, au lieu du pot d'échappement, le nouveau tablier dispose de quatre minces fentes verticales qui laissent échapper la vapeur d'eau propre. Ce design spécifique permet aux observateurs de savoir que ce n'est pas un véhicule à moteur à combustion interne conventionnel. Le véhicule dispose d’une longue liste d’équipements de sécurité montés en série, comprenant des airbags frontaux conducteur et passager, des airbags rideaux, l’ABS et l’ESP. GM s’investit dans la mise au point de la pile à combustible Pour accompagner au sein de GM le développement de la pile à combustible jusqu’à sa commercialisation, la division de recherches pile à combustible Fuel Cell Activities, comprenant plus de 600 employés, a été intégrée dans la structure normale de développement des voitures de série, une étape préalable à la future production en série de véhicules à pile à combustible.(lemagauto)
