L’hydrogène (H2) possède un grand potentiel, mais il est également assorti d’exigences élevées. Continental accompagne le développement depuis ses origines jusqu’à la pile à combustible.
Quand deux atomes se lient, ils ne se lâchent plus, traversent vents et marées et sont plus forts ensemble. De nombreuses espèces du règne animal – pingouins, orques ou tapirs, par exemple – sont tout aussi convaincues de ce concept que bien des couples humains. Même parmi les plus petits éléments de notre monde, qui ne peuvent être observés qu’au microscope, il en existe de nombreux (l’oxygène, l’azote, le fluor ou l’iode, par exemple) qui ne sont stables que lorsqu’ils s’associent en paire à un second élément du même genre. Ils peuvent alors développer leur plein potentiel. Il en va de même pour l’hydrogène. Le H2 apporte ainsi une lueur d’espoir concernant la mobilité du futur, partout où le transport de charges lourdes, de longs courrier et où la faible autonomie des batteries électriques constituent un problème.
Cependant, il reste encore un long chemin à parcourir avant que l’hydrogène puisse alimenter à grande échelle des camions, des bus ou des excavatrices. Tous les acteurs concernés – y compris les experts en matériaux de Continental – doivent encore montrer le chemin. Nous avons voulu en savoir plus sur l’hydrogène, ses capacités, ses exigences et ses objectifs et, pour ce faire, nous avons accompagné un couple d’atomes d’hydrogène dans son parcours depuis sa création jusqu’à la pile à combustible.
Au commencement était l’eau
Pourquoi l’hydrogène en particulier ? Bien qu’il y ait sur notre planète des quantités suffisantes du premier élément du tableau périodique, il est généralement lié sous forme organique, par exemple avec l’oxygène H2O. Cependant, pour utiliser de l’hydrogène pur, il doit d’abord être libéré ou produit à l’aide d’énergie. Cela en vaut-il vraiment la peine ? Oui, car avec une densité d’énergie gravimétrique de 120 kJ/g, il s’agit d’une réserve d’énergie bien plus importante que les batteries lithium-ion, par exemple, permettant d’atteindre des autonomies importantes, comme l’exigent le transport par véhicules lourds, par exemple.
La technologie future la plus prometteuse comme point de départ de notre voyage vers l’hydrogène est l’électrolyse, dans laquelle l’eau est divisée en hydrogène et en oxygène à l’aide d’électricité. L’avantage par rapport aux autres technologies est qu’aucune émission nocive telle que du CO2 n’est produite, sous réserve que l’électricité utilisée provienne de sources renouvelables. C’est pourquoi cet hydrogène est aussi dit « vert ».
C’est ici que nos deux atomes d’hydrogène se sont rencontrés et ont uni leurs forces en tant que compagnons inséparables dans leur voyage vers la pile à combustible. Mais si l’hydrogène pur peut être un gaz incolore et inodore, il n’est pas inoffensif à manipuler. Aussi, le reste de l’itinéraire doit-il remplir un certain nombre de propriétés importantes pour garantir que nos deux atomes arrivent en toute sécurité à leur destination. La résistance à la pression des conduites, des joints et des réservoirs font, par exemple, partie de ces caractéristiques.
L’hydrogène est transporté jusqu’à 700 bars, selon son état d’agrégation. Un joint d’étanchéité ou un tuyau doit pouvoir y résister. Pour ce faire, des recherches fondamentales approfondies sont menées dans nos centres de compétence, appliquées à la technologie de l’hydrogène et des piles à combustible afin d’obtenir les propriétés requises des plastiques et des caoutchoucs. Entre autres choses, il existe déjà des tuyaux industriels de type « bunker » pour hydrogène dans la gamme de produits de Continental qui peuvent transporter en toute sécurité le H2 comprimé sous des pressions allant jusqu’à 345 bar.
Le voyage est la récompense du H2
A peine né, notre duo dynamique doit prendre une décision importante : le voyage doit-il se poursuivre sous forme gazeuse ou liquide ? Car il en résulte deux autres propriétés importantes pour l’infrastructure hydrogène : la résistance à la température et les propriétés antistatiques. En tant que gaz, les deux atomes sont très réactifs – et par conséquent, il ne doit y avoir aucune charge électrostatique ni même d’étincelles dans les conduites et les réservoirs. Étant donné que les plastiques sont généralement plus sensibles à cette caractéristique que les métaux tels que l’acier ou l’aluminium, nos experts en matériaux travaillent également ici sur les composés les plus adaptés, qui sont également plus légers et plus flexibles pour l’acheminement.
Le transport sous forme liquide est plus sûr que sous forme gazeuse, mais pose de nouveaux défis pour le système. Pour cela, notre paire H2 doit être refroidie à -253 degrés Celsius, et les matériaux utilisés doivent être résistants à cette température. Une fois à l’intérieur du véhicule, en revanche, notre hydrogène devient très chaud car la température ambiante peut ici facilement atteindre 100 degrés Celsius et plus. C’est à cette plage de températures que nous avons affaire lorsque nous travaillons sur le bon mélange pour le transport de l’hydrogène. Mais il ne doit pas toujours être aussi froid : H2 peut également être transporté comme source d’énergie sous forme d’ammoniac (un composé de l’hydrogène et de l’azote). Pour cela, il convient que les conduites résistent à des températures de -30 à +50 degrés Celsius. Les solutions pour le transport de l’ammoniac font déjà partie de la gamme de produits de Continental.
Notre duo franchit une étape importante de son parcours à la station-service. Car ici, le binôme ne doit en aucun cas être séparé. Et ce n’est pas chose facile, car mesurant seulement 0,000000031 mm, H2 est la plus petite des molécules, avec la plus faible densité : environ 14,4 fois inférieure à celle de l’air ambiant. Cela signifie que les tuyaux de réservoir traditionnels en caoutchouc ou en silicone provoqueraient rapidement l’évaporation de notre duo d’hydrogène. Ce serait non seulement du gaspillage, mais également extrêmement dangereux : la moindre étincelle pourrait provoquer une explosion.
Par conséquent, tous les composants du transport et du raccordement de l’hydrogène, tels que le tube intérieur des tuyaux, les buses de réservoir et les raccords, doivent être particulièrement étanches. L’acier n’est pas adapté, malgré un faible niveau de perméation, car il est lourd et non flexible. Nos experts en matériaux trouvent donc plutôt la solution dans les plastiques hautes performances, en vue d’acheminer de manière sûre et flexible nos deux atomes d’hydrogène à l’intérieur d’un véhicule.
L’hydrogène est une énergie propre pour les véhicules utilitaires.
Nous avons à présent presque atteint la destination du voyage de notre duo d’hydrogène, la pile à combustible du véhicule utilitaire à hydrogène. C’est là que nos deux compagnons devraient à nouveau se séparer après le long périple accompli ensemble. Mais cela ne vaut que si rien d’autre n’interfère. Par exemple, d’autres molécules qu’ils pourraient avoir ramassées en cours de route. La propreté de l’infrastructure d’hydrogène est donc un autre objectif que nos ingénieurs s’efforcent d’atteindre.
En effet, les produits chimiques issus des tuyaux et transportés vers l’avant peuvent contaminer la membrane échangeuse de protons dans la pile à combustible, entraînant une baisse des performances et une usure prématurée. La gamme de Continental comporte de nombreux composants déjà utilisés aujourd’hui, adaptés à cette infrastructure de tuyaux, notamment des flexibles EPDM (pour le refroidissement de la pile), des lignes d’admission d’air et de recirculation d’hydrogène de grande pureté, ainsi que des produits pour le système d’échappement et la technologie de raccordement.
Lorsque notre paire d’hydrogène arrive exempte d’impuretés dans la pile à combustible, sans aucun compagnon de voyage indésirable, elle est amenée à réagir avec l’oxygène dans des conditions contrôlées. Résultat : une grande quantité d’énergie libérée, qui alimente le véhicule. Un peu d’eau, qui est rejetée à l’extérieur via un système de canalisation. Et le plus important : pas de CO2, afin de ne pas alimenter davantage la crise climatique.
C’est précisément ce qui rend la technologie de la pile à combustible particulièrement intéressante pour le transport par véhicules lourds, qui représente aujourd’hui environ un tiers des émissions de CO2 de l’ensemble du secteur des transports. Elle présente également un intérêt pour d’autres domaines dans lesquels l’hydrogène pourrait rendre possible une mobilité zéro émission. À savoir, partout où le poids, l’autonomie et les temps de charge jouent un rôle majeur. Cela comprend également les applications hors route, par exemple, lorsque des engins de construction et d’exploitation minière fonctionnent parfois 24 heures sur 24.
Nos experts en matériaux travaillent d’arrache-pied pour concrétiser au plus vite cette vision du futur. Qui sait ? Peut-être dans quelques années, de très nombreux couples d’hydrogène alimenteront les derniers modèles de chargeuses surbaissées, d’excavatrices ou d’engins de foresterie.
