Depuis des années maintenant, l’enjeu du moteur à combustion interne réside dans sa dépollution. En effet, depuis l’introduction des normes Euro, les tolérances en matière d’émissions sont de plus en sévères, au point qu’elles sont parfois problématiques à satisfaire d’un point de vue industriel. Ce sont d’ailleurs aujourd’hui ces normes qui rendent nos voitures thermiques beaucoup plus chères (catalyseur, filtre NOx, filtre à particules, vanne EGR, etc.), même si c’est aussi tout à fait défendable du point de vue de la santé publique. Car, outre le CO2 qui contribue au réchauffement climatique, la pollution atmosphérique engendre de nombreux décès dus à des insuffisances respiratoires ou des problèmes cardiovasculaires. Personne ne peut le nier.
Si l’Europe voit la voiture électrique à batterie comme la (presque) unique solution à un avenir décarboné, ce n’est pas l’avis de nombreux spécialistes et de nombreux constructeurs qui croient à un futur moteur à hydrogène qui ne fonctionne pas avec une pile à combustible, mais sur le modèle actuel du moteur thermique, donc avec une injection directe d’hydrogène au cœur des cylindres, comme pour un moteur essence ou Diesel.
Des avantages
L’idée d’un moteur à injection d’hydrogène n’est pas neuve. Elle date carrément des années 1970. L’avantage de brûler de l’hydrogène plutôt que d’essence ou de Diesel réside dans la capacité stœchiométrique de l’hydrogène qui oscille entre 4 et 75% en volume dans l’air. Ces caractéristiques idéales font que la vitesse de combustion de l’hydrogène est très élevée, ce qui rend l’opération très efficace, notamment dans les mélanges dits « pauvres » (en excès d’oxygène) qui visent à réduire la production de NOx (oxydes d’azote). En clair, l’hydrogène permet d’obtenir une combustion nettement plus propre et plus de puissance.
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Cela dit, étant donné la rapidité de combustion de l’hydrogène (plusieurs centaines de mètres par seconde), les développeurs ont du trouver des parades pour éviter les retours de gaz dans le collecteur et le phénomène d’auto-allumage. D’où l’adoption aujourd’hui d’un système d’injection directe à haute pression qui assure l’injection tout au long de la phase de compression. Voilà pour la technique.
De nouveaux moteurs bientôt ?
Développer des moteurs à hydrogène sur base du principe du moteur à combustion présente un avantage : un rétrofit à moindre coût par rapport à ce que coûterait un rétrofit électrique avec une batterie ou une pile à combustible. L’avantage réside bien évidemment dans les rejets nettement moins importants. Oui, mais voilà : si les moteurs à injection d’hydrogène sont une solution pour le carbone, ils produisent en revanche un grand nombre d’oxydes d’azote. Il existe certes des pots catalytiques chargés de les piéger, mais leur efficacité reste jusqu’ici limitée.
Jusqu’ici, c’était donc un problème, mais c’était sans compter sur l’équipe du professeur Fudong Liu, de l’Université de Riverside en Californie et qui vient de démontrer que l’ajout de zéolites Y au platine des filtres des catalyseurs permettait de nettement réduire les NOx. Car les zéolites convertissent ceux-ci en azote (inoffensif) et en vapeur d’eau. La zéolite ? C’est un minéral microporeux d’aluminosilicate composé de cations et de molécules d’eau et qui permet des échanges ioniques et une déshydratation partielle réversible, c’est-à-dire la possibilité de remplacer l’eau par une autre phase adsorbée, en l’occurrence les NOx.
L’étude menée par les chercheurs est intéressante, car elle montre que, par rapport à un pot catalytique traditionnel, la quantité d’oxydes d’azote rejetée était divisée par quatre ou cinq grâce à l’adjonction de cette zéolite. Et la bonne nouvelle, c’est que ce nouveau système de dépollution ne sera pas hors de prix, car la zéolite est bon marché. Il y a donc un vrai espoir qu’au terme du dépôt de brevet en cours, ces catalyseurs trouvent rapidement des applications commerciales. Et que le moteur à injection d’hydrogène connaisse une vraie accélération.
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