Depuis plusieurs années, l’Allemagne finance de nombreux projets et initiatives pour développer la filière industrielle autour de l’hydrogène et trouver de nouvelles solutions pour intégrer au mieux les énergies renouvelables intermittentes sur le réseau.
Réduire les émissions de carbone dans le transport est un des grands défis du XXIème siècle. Si le développement des véhicules à hydrogène et des stations de recharge n’en est encore qu’à ses balbutiements, la filière ferroviaire devrait rapidement trouver dans l’hydrogène une réponse à ses nombreuses problématiques. La présentation de trains nouvelle génération permettant une exploitation « 0 émission », au salon InnoTrans de Berlin, présage de l’avenir radieux de l’hydrogène sur ce marché.
Ainsi, 4 Landers – l’équivalent des régions en Allemagne – dont le Bade-Würtemberg, la Basse-Saxe et la Rhénanie du Nord Westphalie ont financé l’acquisition de 80 locomotives Corodia iLint commercialisées par Alstom pour des transports régionaux. Aujourd’hui en essai, les premiers modèles devraient être mis en service pour début 2018.
Comment fonctionnent les trains à piles à combustibles ?
La pile à combustible est un terme générique qui qualifie un générateur produisant de l’électricité grâce à l’oxydation d’un combustible réacteur sur une électrode associée à la réduction d’un oxydant sur l’autre électrode.
Il existe plusieurs technologies de piles à combustibles (PEMFC – SOFC – DMFC – AFC – PAFC) qui vous sont présentées dans la page technologie.
Dans le cas des véhicules à hydrogène – et même pour toutes les expérimentations ou les projets visant un futur « 0 carbone » – il s’agit de piles PEMFC alimentées en hydrogène.
Concernant le Coroda iLint, Alstom a opté pour une architecture hybride en associant piles à combustibles, batteries et convertisseurs.
L’hydrogène, stocké dans des réservoirs situés sur le toit du train interagit avec de l’oxygène capté dans l’air ambiant pour alimenter des batteries Lithium-ion situées sous la rame.
Celles-ci sont également alimentées grâce à l’énergie cinétique valorisée lors du freinage. L’électricité transite ensuite directement des batteries vers des convertisseurs pour alimenter les rames en électricité (éclairage, ouverture des portes, prises électriques, …).
A l’avant des onduleurs et des convertisseurs permettent d’assurer la transition entre les piles à combustible, les batteries et la traction motorisé.
Du côté de l’autonomie, celle-ci devrait atteindre 800 km, et le constructeur annonce des vitesses de pointe atteignant 140 km/h – mais les premiers essais actuels ont été effectués autour de 85 km/h.
Pourquoi les générateur électriques hydrogène révolutionnent le marché ferroviaire ?
Si en France et en Allemagne près de 45 % des lignes sont électrifiées et permettent d’utiliser des trains électriques alimentés par caténaires, la majorité des trains en circulations dans le monde roulent grâce à des locomotives diesel.
Les coûts d’électrification des lignes sont très élevés et l’entretien de ces réseaux reste un poste de dépense considérable. La construction de stations hydrogène, avec une production par électrolyse de l’eau permettrait la mise en œuvre d’une boucle locale autonome et totalement décarboné en remplacement complet de la technologie diesel.
En Europe, la Norvège, les Pays-Bas, la Belgique et la France suivent de près les essais allemands et commencent à évaluer les futurs besoins.
Au niveau mondial, à Quingdao en Chine, des expérimentations ont été conduites sur un tram dont le système de propulsion et de chauffage est alimenté par des piles à combustibles transformant l’hydrogène en électricité. Lancé en 2015, le tram a une autonomie de 100 km et circule à une vitesse de pointe de 70 km/h.
Cette initiative démontre l’intérêt en Asie de la mise en place de nouvelles solutions pour la mobilité zéro carbone, même si pour le moment l’hydrogène utilisé est produit à partir d’hydrocarbures et d’électricité issues de centrales à charbon – première source d’électricité du pays.
Néanmoins la Chine a opté pour un développement massif des énergies renouvelables et dépassera les Etats-Unis et l’Europe d’ici 2030 en terme de production électrique d’origine renouvelable. Un tel déploiement devra nécessairement s’accompagner de technologies de stockage permettant d’équilibrer le réseau en termes d’offre et de demande, d’où l’intérêt de l’hydrogène.
Ce plan d’investissement dans la transition (et l’indépendance) énergétique, accompagné de près de 30 milliards d’euros (200 milliard de yuans) investis d’ici 2020 dans la construction d’infrastructure ferroviaire, démontre un fort potentiel de croissance pour le marché des trains à hydrogène.
