Toyota va-t-il être le premier constructeur à concevoir un moteur thermique à hydrogène ?

On sait que Toyota continue de croire dans l’hydrogène comme solution énergétique de mobilité. C’est vrai avec la Mirai et sa pile à combustible – la pile (ou stack) recombine hydrogène et oxygène pour produire de l’électricité et alimenter une batterie qui fait tourner un moteur électrique –, mais aussi avec une autre approche totalement différente.

Cette solution alternative, c’est celle d’un moteur thermique. Le constructeur vient en effet de déposer une demande de brevet aux États-Unis. Le document décrit un moteur à combustion hydrogène dont l'architecture ressemble à première vue à n'importe quel thermique à injection directe : piston, quatre soupapes, bougie d'allumage. Sauf que le carburant utilisé, c'est de l’hydrogène. 

Mais il y a malgré tout une différence fondamentale et elle se loge dans l'injecteur. Contrairement à l'injection essence classique, la buse d’injection de l’H2 ne pénètre pas dans la chambre de combustion. Elle injecte le gaz à travers un petit orifice percé dans la culasse, sans pointes de pulvérisation exposées aux flammes. Cette différence répond en réalité à une contrainte physique spécifique : l'hydrogène ne se comporte pas comme l'essence.

Un polymère révolutionnaire

Cela dit, rien n’est jamais simple. Et sûrement pas avec de l’hydrogène. On pense souvent que le moteur H2 brûle de l'hydrogène et rejette de la vapeur d'eau, mais pas de CO2. Sauf que pour en arriver là, Toyota a dû résoudre un vrai problème : celui des joints d'étanchéité des injecteurs. En effet, l'hydrogène est un carburant extrêmement réactif. Le pré-allumage y est un problème bien plus sérieux que dans un moteur à essence, précisément parce que l'hydrogène s'enflamme avec très peu d'énergie. Concrètement, le pré-allumage survient quand le mélange s'enflamme dans la chambre de combustion avant que la bougie ne produise son étincelle. Le moteur part alors en vrille, perd sa puissance et, dans les cas extrêmes, la flamme peut même remonter dans le circuit d'admission. Pour installer l'injecteur, il faut alors lubrifier ses joints et ses bagues. Or, la plupart des lubrifiants sont inflammables. Et ça peut évidemment détruire l'injecteur, voire le moteur entier en quelques cycles.

La solution de Toyota, c'est le polydiméthylsiloxane, un polymère siliconé qu'on retrouve dans les lentilles de contact, certains aliments et... la grande majorité des préservatifs. Le problème se joue à deux moments distincts. D'abord au montage : pour installer l'injecteur dans la culasse, il faut lubrifier joints et bagues afin de les mettre en place sans les abîmer. Ensuite en fonctionnement : ce lubrifiant fait littéralement barrage aux risques de pré-allumage grâce à sa viscosité thermodépendante (qui varie avec la température). 

Il faut rappeler que Toyota n'est pas le premier à avoir tenté l'aventure. BMW y a travaillé pendant des décennies, jusqu'à produire en 2006 la Hydrogen 7 : une Série 7 à moteur V12 six litres capable de rouler indifféremment à l'essence ou à l'hydrogène. Cent exemplaires, réservés à la location en Allemagne. L'expérience s'est arrêtée en 2009. L'agence américaine de protection de l'environnement avait conclu que les particules d'huile de lubrification finissaient inévitablement dans la chambre de combustion, étaient brûlées et rejetées sous forme de gaz carboné. BMW s’est depuis orienté différemment et mise sur une pile à combustible pour son prochain iX5 et elle est développée avec... Toyota !

Fuji, puis Le Mans

Mais quand peut-on attendre ce moteur thermique à hydrogène ? Des prototypes H2 ont déjà roulé aux 24 Heures de Fuji et un programme pour les 24 Heures du Mans est confirmé pour 2028.

Mais il reste un point noir : les hautes températures de combustion produisent des oxydes d'azote (NOx). Toyota travaille à les réduire en abaissant ces températures, mais au prix d'une efficacité moindre. Le compromis n'est pas encore trouvé. Pour plusieurs experts, il faudra encore une décennie de développement. Il reste donc un espoir pour 2035...

À la recherche d'une voiture ? Cherchez, trouvez et achetez le meilleur modèle sur Gocar.be