Comment fonctionne le moteur d'une voiture à hydrogène ? Technologie, avantages et utilisation au quotidien

La voiture à hydrogène, encore appelée fuel cell electric vehicle (FCEV), appartient à la grande famille des véhicules électriques. À la différence d’une voiture à batterie classique, son énergie ne provient pas seulement d’une recharge sur borne, mais d’une réaction chimique à bord.

Une voiture à hydrogène utilise un moteur électrique alimenté par une pile à combustible. Cette pile transforme l’hydrogène en électricité grâce à l’air ambiant. Résultat ? Des électrons viennent alimenter le moteur de traction et de la vapeur d’eau sort par le pot d’échappement. Rien d’autre.

L’hydrogène est considéré comme une molécule. Sous sa forme brute, il est l’élément chimique le plus simple et le plus léger. Dans les voitures, il est utilisé sous forme de gaz comprimé et stocké dans un réservoir à très haute pression.

Nous distinguons :

• Les véhicules à pile à combustible : ils produisent l’électricité en continu grâce à l’hydrogène embarqué. Aujourd’hui, ces modèles dominent le marché.
• Les véhicules à combustion directe de l’hydrogène : rares, ils fonctionnent sur un principe proche des moteurs thermiques classiques, par brûlage du gaz.

Rouler à l’hydrogène ne signifie pas passer des heures branchées à une borne de recharge. Le plein se fait… à la station-service.

Le conducteur se rend dans une station équipée. Le pistolet de ravitaillement s’emboîte dans le réservoir d’hydrogène. En un rien de temps — 5 minutes maximum pour un plein complet¹ — la voiture est prête à repartir.

Une voiture consomme l’équivalent d’un kilo² d’hydrogène pour parcourir une centaine de kilomètres. Sachant que les réservoirs embarquent en moyenne 4 à 7 kg³ d'hydrogène, selon le gabarit et la capacité de stockage du véhicule, l’hydrogène se positionne comme une solution viable pour la mobilité longue distance.

Aujourd’hui, le coût d’un plein d’hydrogène est proche⁴ de celui d’un plein d’essence classique. L’écart est amené à évoluer à mesure que la production et la distribution se développent. L’enjeu principal reste la multiplication des stations-service dédiées.

Le principal avantage de la voiture à hydrogène réside dans son autonomie, bien supérieure à celle des véhicules 100 % électriques.

Autre atout : le temps de ravitaillement, proche des carburants conventionnels. En matière de bilan carbone, les bénéfices sont importants lorsque l’hydrogène provient d’énergies renouvelables et non de gaz naturel (d'origine fossile, non renouvelable). Dans ce cas, la production de l’hydrogène s’appuie sur le processus d’électrolyse de l’eau, encore en plein développement.

Les stations-service, encore trop rares sur le territoire, représentent un frein pour les conducteurs. La production de l’hydrogène vert, conditionnée par la capacité de développement d'énergies renouvelables supplémentaires, reste aussi limitée.

Quant au prix d’achat des voitures à hydrogène, il se situe, pour le moment, dans le haut du marché.

Aujourd’hui, les constructeurs automobiles avancent à leur rythme.

Toyota a ouvert la voie en 2014 avec la Mirai, premier prototype de véhicule à pile à combustible à hydrogène (FCV) produit en série. La seconde génération, sortie en 2021, enregistre un record mondial avec 1 360 km parcourus pour 5,65 kg d'hydrogène consommés.

Le constructeur BMW AG mise sur le BMW iX5 Hydrogen. Doté de deux réservoirs d’hydrogène comprimé à 700 bars (6 kg), ce modèle, produit en collaboration avec Toyota, est attendu de série d’ici 2028⁵.

Hyundai lance en 2018 le Nexo, un SUV associant une pile à combustible de 95 kW et une batterie tampon lithium-ion de 80 kW. Une seconde génération est attendue en 2025. Avec la Toyota Mirai, le Nexo est l’un des rares véhicules à pile à combustible commercialisés aux particuliers sur le marché français⁶.

Zéro émission, plein en quelques minutes, autonomie rassurante... La voiture à hydrogène coche de nombreuses cases. Verra-t-on cette technologie se généraliser ? Combien de constructeurs suivront ? Dans les années à venir, nous allons sans doute voir l’offre s’élargir. Tout va surtout dépendre du développement de l’infrastructure et du potentiel de production d’un hydrogène vert.

En attendant, certains modèles, comme la Toyota Mirai ou le BMW iX5 Hydrogen, nous rappellent que la transition énergétique est en marche.