Avec la montée en puissance des voitures électriques utilisables sur le marché et les marchés du monde entier qui éliminent progressivement la vente de voitures à combustibles fossiles, vous pourriez être pardonné de penser que l’ère du moteur à combustion interne touche à sa fin. Cependant, l’histoire est rarement aussi simple et sèche, et les nouvelles technologies visent à maintenir le moteur à combustion en vie pendant un certain temps encore.

Le prochain bolide à hydrogène basé sur la Corolla Sport de Toyota.

L’une des technologies les plus intéressantes dans ce domaine est celle des moteurs à combustion à hydrogène. Contrairement aux technologies de piles à combustible, qui combinent l’hydrogène et l’oxygène à travers des membranes spéciales afin de créer de l’électricité, ces moteurs le font à l’ancienne – en flammes. Toyota a récemment exploré la technologie et a annoncé qu’une voiture de course équipée d’un moteur trois cylindres à hydrogène participera à la course Fuji Super TEC 24 heures de cette année.

Moteurs à hydrogène?

L’avantage d’un moteur à hydrogène est que, contrairement à la combustion de combustibles fossiles, les émissions provenant de la combustion d’hydrogène sont remarquablement propres. La combustion d’hydrogène dans de l’oxygène pur ne produit que de l’eau en tant que sous-produit. Lorsqu’il est brûlé dans l’air atmosphérique, le résultat est à peu près le même, bien qu’avec de petites quantités d’oxydes d’azote produites. Ainsi, il y a une grande incitation à explorer la substitution des carburants de transport existants par l’hydrogène. C’est un moyen potentiel de réduire la pollution tout en évitant les tracas des longs temps de recharge avec les technologies électriques à batterie.

Les bases d’un moteur à combustion à hydrogène sont en grande partie les mêmes que celles de n’importe quel moteur à essence. En fait, pratiquement tous les moteurs à essence existants peuvent être convertis pour fonctionner à l’hydrogène simplement en remplaçant les injecteurs de carburant par des pièces adaptées à l’injection d’hydrogène à la place. Cependant, en raison en grande partie du fait qu’un mélange combustible d’hydrogène et d’air prend plus de place dans un cylindre qui serait autrement pour l’air, la puissance de sortie serait réduite de 20 à 30% par rapport au même moteur brûlant de l’essence, en supposant que l’hydrogène est injecté avant la fermeture de la soupape d’admission.

Les méthodes de basse technologie de prémélange de l’hydrogène gazeux avec la charge d’air d’admission réduisent la puissance potentielle du moteur. Les méthodes d’injection directe pourraient théoriquement permettre à une conception utilisant de l’hydrogène de produire 120% de la puissance d’un moteur à essence similaire.

Cependant, des mesures peuvent être prises pour compenser cela. En concevant des moteurs pour brûler de l’hydrogène dès le départ, des éléments tels que le taux de compression, la conception de la chambre de combustion et les méthodes d’injection peuvent tous être optimisés pour s’adapter à l’hydrogène. Par exemple, en utilisant la technologie d’injection directe pour injecter de l’hydrogène dans la chambre de combustion après la fermeture de la soupape d’admission, la puissance d’un moteur à hydrogène peut être augmentée de manière significative. Cela est dû au vide du moteur sur la course d’admission tirant 100% d’air, plutôt que 30% de l’espace occupé par l’hydrogène dans un mélange stoechiométrique.

Il reste encore des problèmes d’ingénierie à résoudre avant que les moteurs à hydrogène ne deviennent courants. Il y a aussi le même problème de distribution de poulets et d’œufs qui affecte les voitures à pile à combustible; il reste difficile pour les entreprises de vendre des véhicules fonctionnant à l’hydrogène en l’absence d’infrastructures de stations-service. Il existe également des problèmes de ventilation du carter, où l’hydrogène gazeux peut s’enflammer dans le carter après avoir glissé au-delà des segments de piston, ainsi que des problèmes de retour de flamme dans les systèmes qui prémélange l’hydrogène gazeux dans l’admission. Aucun de ces problèmes n’est insurmontable, cependant, et leur résolution relève davantage d’un effort d’ingénierie de routine que d’une recherche dans le ciel bleu.

Il convient également de noter que, bien que les moteurs à hydrogène soient beaucoup plus propres que leurs équivalents à combustibles fossiles, et n’émettent aucun CO2, des traces d’huiles lubrifiantes se faufilent encore dans le processus de combustion car aucun segment de piston n’est parfait. De toute évidence, ce n’est pas un problème pour les piles à hydrogène.

Exemples du monde réel

Dans l’ensemble, les moteurs à hydrogène ne semblent pas remarquables par rapport à leurs homologues à essence. La seule différence majeure est la méthode d’injection de carburant.

L’entrée de course de Toyota alignera un moteur trois cylindres dans une voiture basée sur la Toyota Corolla Sport, dans l’intention de participer à une course d’endurance de 24 heures. Il n’y a pas grand-chose de plus à faire, bien qu’une vidéo YouTube sur le moteur à hydrogène semble impliquer que l’injection par port, plutôt que l’injection directe, est utilisée. Cela n’est pas surprenant, car l’entrée de course est essentiellement un démonstrateur de technologie pour rehausser le profil des voitures à hydrogène, plutôt qu’un effort total pour produire la puissance la plus élevée possible avec un moteur à hydrogène.

Cependant, Toyota n’est pas la seule entreprise à expérimenter cette technologie. Les efforts de Mazda ont abouti au RX-8 Hydrogen RE, équipé d’un moteur Wankel à double carburant capable de brûler de l’essence ou de l’hydrogène selon les besoins. Un petit nombre de ces véhicules ont été loués à divers endroits avec une infrastructure de remplissage appropriée.

L’hydrogène 7 de BMW était équipé d’un V12 bicarburant et était en vente sur des marchés limités de 2005 à 2007.

BMW est allé jusqu’à construire une version de sa berline de luxe de la série 7 avec un moteur V-12 bicarburant de 6,0 litres. Cependant, le moteur a renoncé à certaines performances par rapport aux modèles à essence uniquement et n’a également été commercialisé qu’en nombre limité de 2005 à 2007.

Des projets antérieurs tels que ceux de BMW et Mazda ont suscité un intérêt considérable, mais peu de demande réelle de la part du marché. Les prix élevés combinés à une technologie de stockage de l’hydrogène rudimentaire, ainsi qu’un manque presque total d’infrastructures, signifiaient que ces voitures n’étaient pas une bonne proposition pour le conducteur moyen.

Alors que les expériences précédentes avec les moteurs à combustion à hydrogène sont tombées à plat, les efforts continus pour développer de meilleures stations de stockage et de remplissage d’hydrogène, ainsi que des moteurs plus performants, pourraient encore être prometteurs à l’avenir. Cependant, ce sera une bataille difficile contre les voitures électriques existantes, qui ont une énorme avance dans la course aux infrastructures, ainsi que dans les cœurs et les esprits.