Le brevet de Toyota est intéressant, car il s'écarte nettement des voies existantes. Pour rappel, jusqu’à présent, le constructeur explorait principalement l’hydrogène dans une pile à combustible et, dans une moindre mesure, le moteur thermique. Ici, il est question d’une turbine à gaz fonctionnant à l’hydrogène, suffisamment compacte, en théorie, pour trouver place sous le capot d’une voiture particulière ! La puissance envisagée va de 13 à 130 ch. Autant dire qu’on ne devrait pas retrouver ce système de sitôt dans un Land Cruiser ! Alors, à quoi pourrait-elle réellement servir ?
Un principe très différent
Pour qui n'est pas familier de la turbine à gaz, le concept existe depuis longtemps dans l'industrie automobile et a même été commercialisé par Chrysler dans les années 60... Son fonctionnement n’a toutefois pas grand-chose à voir avec celui d’un moteur à pistons classique : de l’air comprimé est envoyé dans une chambre de combustion cylindrique, où du carburant est injecté. Des bougies enflamment ensuite le mélange et les gaz chauds produits par la combustion font tourner une turbine. Celle-ci entraîne à son tour un compresseur, tandis que la puissance restante peut alimenter un générateur ou être transmise à un arbre de transmission.generator of aandrijfas.
Toyota veut mettre ce principe à l'échelle de la voiture particulière. Et c’est précisément là que les choses se compliquent ! Une turbine marine développe facilement plusieurs milliers de chevaux, tandis qu’une turbine d’hélicoptère en délivre plusieurs centaines. Entre 13 et 130 chevaux, en revanche, la chambre de combustion devient beaucoup plus difficile à maîtriser : zones mortes, flammes irrégulières et fortes contraintes thermiques peuvent rapidement s’accumuler. Le brevet reconnaît d’ailleurs lui-même la nécessité d’une « structure moins complexe ». Autrement dit, la technologie semble encore loin d’être suffisamment stable pour envisager une mise en production !
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Pourquoi utiliser de l’hydrogène dans une turbine ?
L’hydrogène est le carburant le plus léger au monde et brûle à une température nettement plus élevée que l’essence ou le kérosène. C’est un avantage en matière de densité de puissance, mais cela complique sérieusement la tâche pour tout ce qui entoure la combustion ! Dans un moteur classique, on injecte le carburant, on provoque une étincelle et l’on cherche à obtenir une combustion aussi homogène que possible. Avec l’hydrogène, le processus est nettement plus délicat !
Sa vitesse de flamme avoisine en effet 300 cm/s, contre environ 40 cm/s pour un carburant comparable comme le gaz naturel. Le mélange s’enflamme donc beaucoup plus vite, à une température plus élevée et de manière plus agressive, avec un risque de retour de flamme jusque dans l’injecteur ou la chambre de combustion. Et si le mélange air-hydrogène n’est pas parfaitement homogène, la combustion peut aussi produire d’importantes quantités d’oxydes d’azote (NOx), au point de presque faire passer un diesel pour un modèle de vertu !
Une astuce technique pour mieux maîtriser la combustion
Toyota pense toutefois avoir trouvé une parade. Il ne s’agit pas d’une architecture révolutionnant le principe de la turbine, mais d’une conception plus fine du système d’injection. Le système utilise plusieurs injecteurs, chaque injecteur recevant un flux d'air comprimé et d'hydrogène par deux canaux distincts. L'air et l'hydrogène se mélangent en profondeur dans l'aiguille de l'injecteur elle-même, avant qu'une bougie n'enflamme le mélange. Cela répartit le carburant plus uniformément, limite les surchauffes locales, réduit l'espace mort et maintient les émissions de NOx dans des limites acceptables. Le principe n'est pas neuf, mais sa miniaturisation à l'échelle automobile constitue bel et bien un jalon.
Reste que la puissance annoncée dans le brevet paraît faible pour assurer des performances réellement convaincantes dans une voiture ! Les chiffres font plutôt penser à un générateur auxiliaire ou à un prolongateur d’autonomie destiné à un véhicule hybride. Dans ce cas, la turbine se retrouverait toutefois en concurrence directe avec une solution bien plus simple : une batterie lithium-ion à recharger via une prise électrique ! Cette dernière solution ne réclame ni réservoir d’hydrogène, ni réseau de ravitaillement particulièrement complexe à déployer ! À moins que Toyota ne vise un autre terrain... Comme d’autres constructeurs qui explorent de nouvelles pistes, le géant japonais regarde peut-être davantage vers le ciel ! Dans l’aviation, le poids réduit et la compacité sont des critères essentiels. Une turbine de ce type y aurait donc beaucoup plus de sens que sous le capot d’une voiture familiale…
Détail amusant : Toyota avait déjà présenté en 1977 une Sports 800 Gas Turbine Hybrid au Tokyo Motor Show. Le constructeur considère même ce prototype comme le point de départ de ses recherches dans le domaine de l’hybridation ! Aujourd’hui, c’est plutôt une curiosité historique…
Pour le reste, la mobilité à hydrogène continue d’afficher des chiffres très éloignés des ambitions initiales. En 2025, Toyota n’a vendu que 1.168 exemplaires de la Mirai et de la Crown FCEV réunies, soit une baisse de 39 % sur un an. La turbine à hydrogène est donc une prouesse technique, mais pas une solution au problème fondamental de l'hydrogène dans les voitures particulières.
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