Texte transmis par Paul Quilès au Conseil économique et social en 1975

La voiture électrique : dans quel avenir ?

Il est maintenant admis que d’ici l’an 2000, l’hydrogène produit par dissociation de l’eau constituera une source d’énergie importante qui devrait se substituer aux hydrocarbures et servir de support à l’énergie nucléaire. Fabriqué à partir d’une matière première disponible en quantité illimitée, l’hydrogène apportera également une solution aux problèmes de protection de l’environnement, puisque le seul sous produit de la combustion de l’hydrogène est l’eau.

Les utilisations actuelles sont relativement limitées et concernent essentiellement la chimie (synthèse de l’ammoniac et du méthanol) et l’industrie pétrolière (procédés d’hydrogénation et d’hydrodésulfuration). Mais dans l’avenir, on peut envisager pour l’hydrogène de nombreux autres usages tels que : réduction du minerai de fer (usages thermiques, carburant, combustible…).

En ce qui concerne cette dernière utilisation, la pile à hydrogène semble une technique prometteuse, qui a considérablement progressé au cours de ces dernières années (voir liste références).

L’intérêt de la pile à hydrogène - indépendamment de ses applications dans certains domaines particuliers de la fourniture de courant électrique (spatial, balisage…) est de pouvoir être couplée à un moteur électrique et de concurrencer le moteur à explosion classique.

Il est intéressant à cet égard d’examiner à partir de quel seuil de prix de combustibe la voiture électrique à pile à hydrogène est plus rentable que la voiture à essence, pour laquelle le prix de revient au kilomètre a considérablement augmenté à la suite de la récente hausse du prix des hydrocarbures.

Dans l’étude sommaire ci-jointe, on a supposé que l’hydrogène était fabriqué à partir de résidus pétroliers à l’aide du procédé de gazéification, qui utilise le principe de l’oxydation partielle. Ce procédé, assez largement répandu à travers le monde pour la fourniture d’hydrogène à la chimie et aux unités pétrolières d’hydrodésulfuration est en train de supplanter le procédé classique de fabrication de l’hydrogène par réformage de naphta ou de gaz, en raison de l’écart important – et qui va probablement s’accentuer dans les années à venir – entre le prix du fuel et celui du naphta ou du gaz.

Les conclusions de cette étude risquent de surprendre puisqu‘il apparaît que, sous certaines conditions, la voiture électrique couplée à une pile à hydrogène peut

1

dès maintenant concurrencer la voiture classique à essence. Il convient de noter l’importance dans cette comparaison du régime fiscal de l’hydrogène qui a été supposé plus favorable1 que celui de l’essence du fait qu’il constitue un carburant non polluant et que son utilisation permet d’économiser des hydrocarbures (voir annexe paragraphe 4).

On aboutit dans ces conditions aux prix (1974) TTC suivants :

1,40 F/thermie utile pour l’essence 0,56 F/thermie utile pour l’hydrogène

Pour une voiture consommant 10 litres d’essence/100 km et roulant 15 000 km/an, le surplus d’investissement (environ 5 000 F) serait remboursé en 3 ans environ, ce qui apparaît très raisonnable. Ce chiffre doit d’ailleurs être considéré comme un maximum car le prix de l’hydrogène utilisé dans cette étude comparative est un prix élevé reposant sur un coût de compression et de distribution calculé sur la base d’hydrogène gazeux comprimé à 200 bar et ne tenant pas compte de la possibilité de stockage sous forme d’hydrure métallique qui risque d’abaisser le prix de la thermie hydrogène de près de 35 %. De plus, les progrès de la technologie ne manqueront pas de conduire à des prix de revient des voitures électriques et des piles à hydrogène de plus en plus réduits.

En conclusion, et pour autant que les problèmes techniques fondamentaux soient bien résolus, ce qui semble être le cas, il apparaît souhaitable qu’une impulsion rapide soit donnée à la mise au point industrielle de la voiture électrique à pile à hydrogène, et ce pour de multiples raisons :

- elle apporterait une solution aux problèmes de bruit et de pollution atmosphérique dus à la circulation automobile urbaine

- elle permettrait une économie d’hydrocarbures- elle donnerait à notre pays une avance non négligeable dans le domaine de

la production et de l’utilisation de l’hydrogène qui semble d’ores et déjà une des sources d’énergie de l’avenir.

PJ : 1- Principes, technologie, applications des piles à combustible de Y. Bréelle, O. Bloch, P.

Degobert, M. Prigent (Editions Technip) 2- Les piles à combustible et l’hydrogène de Y. Bréelle, A. Grehier, J. Chéron (Article paru le

15.09.1973 dans la revue Sciences et Techniques (n° 6) 3- Rapport du Groupe Interministériel de l’évaluation de l’environnement - 6ème partie –

chapitre 8 : les systèmes futurs de distribution d’énergie utilisant l’hydrogène.

1 Si l’hydrogène ne supportait comme taxe que la TVA à 20 % la perte des recettes fiscales serait d’environ 1 130F/T d’essence remplacée par de l’hydrogène. Si l’Etat ne peut récupérer ce manque à gagner par ailleurs, il est tout à fait possible de le répartir sur le prix de l’essence et celui de l’hydrogène (sous forme de taxe parafiscale) de façon à ce que le prix de la thermie utile hydrogène reste 1,40 F/0,56 = 2,5 fois moins chère que la thermie utile essence, conservant ainsi à l’hydrogène son avantage sur l’essence. - le gain en devises dû à l’économie d’hydrocarbures serait de 130 F/t d’essence. Quant au gain pour l’économie nationale consécutif à l’utilisation d’un carburant non polluant, il est difficile à chiffrer.

2

ANNEXE_____

Comparaison économique du moteur à essence et du moteur électrique couplé à une pile à hydrogène

_____

1. Prix de l’essence (super)

c/l c/kg c/th*

Prix H.T  79 105 9,5Taxes 96 125 11,5

____ _____ ______

Prix T.T.C 175 230 21,0

En supposant un rendement moyen de 15 % (utilisation principale en ville), on obtient les prix suivants rapportés à la thermie utile :

Prix H.T 63 c/thPrix T.T.C. 140 c/th

2. Prix de l’hydrogène

- Production par gazéification de fuel (5,8 kg/kg H2)2 000 F/t soit 2 F/kg

ou 6,2 c/th **

- Compression + distribution

15 c/th calculé d’après l’expérience acquise dans le Sud Ouest de la France sur un par de 30 000 véhicules alimentés en gaz naturel.

Prix total H.T : 21,2 c/thTaxes : 4,2 c/th(voir note p.2 dans le texte principal) ___________

25,4 c/th

En supposant un rendement moyen de 45 % pour l’ensemble moteur électrique + pile, on obtient les prix suivants rapportés à la thermie utile :

Prix H.T 47,0 c/thPrix T.T.C. 56,5 c/th

* PCS de l’essence : 11 000 Kcal/kg = 11 th/kg** PCS de l’hydrogène (98 % pureté) : 32 000 kcal/kg : 32 th/kg

3

3. Consommations

Pour une voiture roulant 150 000 km/an et consommant 10 l d’essence/100 km, la comparaison des dépenses de combustible s’établit ainsi :

- essence : 1,75 x 10 x 15   000 = 2 600 F/an 100

- hydrogène : 0,565 x 7,5 x 11 x 0,15 x 1   500 = 1050 F/an 100

Le surplus d’investissement estimé à 5 000 F est remboursé en un peu plus de 3 ans (sans tenir compte des frais d’entretien probablement plus faibles pour la voiture électrique).

4. Production de l’hydrogène

Etant donné les différences de PCS entre essence et hydrogène et de rendement entre moteur à explosion et moteur électrique couplé à une pile à hydrogène, 1 t d’hydrogène équivaut à 9 t d’essence.

Le remplacement de – par exemple – 3 millions de t/a d’essence nécessiterait 330 000 t/a d’hydrogène qui serait produit par gazéification de 1 900 000 t/a de fuel lourd.

L’Economie nette d’hydrocarbures serait alors de 1 100 000 t/a.

5. Caractéristiques de la voiture électrique à pile à hydrogène

. charge utile 340 kg

. vitesse maxi 80 km/h (88 km/h en surpuissance)

. autonomie (4 kg d’H2 stocké) 470 km

. poids en charge : 1 100 kg

. climatisation intégrée avec le circuit de refroidissement de l’électrolyte.

. puissance de la pile à hydrogène : 11,5 kw

. la voiture est équipée d’une batterie tampon.

6. Evolution récente de la technologie de la pile hydrogène/air

1965 1968 1974

Puissance unitaire d’un bloc (KW) 0,15 0,21 5,35Puissance (w/kg) 5,4 52,5 300Epaisseur d’un élément (mm) 12 3,6 1,7

4