Actuellement, nos voitures fonctionnent en effectuant une réaction d’oxydation des hydrocarbures présents dans l’essence :

Hydrocarbure + O₂ ? CO₂ + H₂O

L’énergie libérée est le fruit des propriétés oxydantes de l’atmosphère et de l’énergie chimique emmagasinée dans les hydrocarbures. L’essence ordinaire est extraordinairement énergétique : 1 g d’essence libère 15 fois plus d’énergie qu’1 g d’explosif ! De plus cette énergie est contrôlable : contrairement aux explosifs, toute l’énergie n’est pas libérée instantanément.

Le problème avec ce mode de fonctionnement, c’est que d’une part, la réserve de pétrole n’est pas inépuisable et d’autre part, cela relâche du dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère ce qui contribue au réchauffement climatique.

Les biocarburants: une solution durable ?

La première idée qui vient à l’esprit c’est de remplacer l’essence par un carburant tout aussi énergétique mais renouvelable. Ainsi, certains constructeurs ont mis au point des voitures qui roulent au bioéthanol. Ce carburant est d’origine agricole. C’est à dire qu’on le produit à partir de colza ou d’autres huiles végétales.

Fondamentalement, cette idée est basée sur le même principe que l’essence : les organismes vivants synthétise des molécules susceptibles de libérer de l’énergie lors de l’oxydation par l’atmosphère. Pour l’essence, ces molécules ont été synthétisées il y a plusieurs millions d’années et sont en quantité limitée, pour les biocarburants ces molécules sont synthétisée chaque année et sont potentiellement infiniment renouvelable. La combustion des biocarburants produit aussi du CO2 mais celui-ci sera consommé par les champs servant à produire les biocarburants : le bilan est donc nul.

Bien sûr il y a un hic : jusqu’ici, l’agriculture était destinée à la nourriture. C’est donc une nouvelle utilisation de l’agriculture : manger ou conduire, il faut choisir ! La superficie des terres agricoles étant limitée, il faut augmenter les rendements de l’agriculture. Or cette augmentation des rendements a un coût énergétique : il faut consommer plus d’énergie pour produire plus (utilisation d’engrais, de tracteurs, etc.). Ainsi, produire des biocarburants consomme du pétrole et au final, il y a toujours relargage de CO2 par le pétrole.

et la voiture électrique ?

Puisque le carburant pose problème, utilisons des voitures électriques ! En effet, les moteurs électriques peuvent se montrer très performant et ne sont pas polluant. La production d’électricité est plus ou moins polluante mais on peut imaginer que des solutions durables respectueuses pour l’environnement vont être de plus en plus adoptées.

Seul petit problème technique : l’électricité ne se stocke pas en tant que tel. Il y a donc 2 solutions : soit la voiture fonctionne sur batterie (le stockage d’énergie est chimique) qui sont rechargées pendant la nuit, soit l’électricité est produite directement par la voiture.

La première solution présente de nombreux inconvénients : il faut garer sa voiture proche d’une prise électrique, les batteries sont encombrantes, chères, polluantes et doivent être changées régulièrement. La seconde solution parait donc plus adaptée à l’usage habituel que nous avons de la voiture mais comment produire de l’électricité directement dans la voiture ?

L’idée qui vient immédiatement à l’esprit est l’utilisation de panneaux solaires. En effet, l’énergie solaire est gratuite, directement accessible et éternellement renouvelable (tout du moins pour les 4 milliards d’années à venir). Encore une fois, il y a un hic : la terre reçoit du soleil environ 1000 Watt par m² (1 kW/m²). Ainsi, il faut présenter une grande surface de panneau solaire pour faire avancer une voiture (voir l’image ci-contre). Une petite voiture développe environ 100 chevaux ce qui correspond à 100 kW. Il faudrait donc 100 m² de panneaux solaires pour avoir la même puissance : il va falloir revoir la taille de nos routes !

Une solution qui parait plus adaptée pour produire de l’électricité à l’échelle d’une voiture est l’utilisation de l’hydrogène.

L’hydrogène : la solution à tous nos problèmes énergétiques ?

Le dihydrogène (H2) réagit très violemment avec le dioxygène de l’air pour former de l’eau :

2H₂+O₂ ? H₂O

Cette réaction produit beaucoup d’énergie sans émission polluante. Cette énergie est parfaitement maitrisable dans une pile à combustible mais elle est plus difficile à maitriser en faisant le plein d’une voiture, par exemple. C’est l’un des nombreux problèmes avec une voiture à hydrogène : le plein doit se faire de sorte à ce que le dihydrogène ne soit jamais en contact avec l’air, sinon, c’est l’explosion assurée !

Pour mesurer, cette réactivité, on peut la comparer à l’essence : 1 g de dihydrogène est 2,5 fois plus énergétique qu’1 g d’essence. Avec un plein de 40 L d’essence, on peut faire environ 500 km. Cela correspond à 30 kg d’essence. Avec 30 kg d’hydrogène, on pourrait donc faire 1250 km ! Seulement, l’hydrogène n’est pas un liquide mais un gaz et 30 kg d’hydrogène occupe un très grand volume. Il est donc nécessaire de liquéfié l’hydrogène pour l’utiliser. C’est un autre problème avec l’hydrogène : on perd de l’énergie simplement à liquifier le gaz. Un autre problème est sa très faible densité, même lorsqu’il est liquide : sa densité est de 0,071g/cm³. Ainsi, 30 kg d’hydrogène ont un volume de plus de 400 L ! Encore une fois, il va falloir revoir la taille de nos voitures.

Mais le principal problème du dihydrogène est ailleurs : il n’existe pas à l’état naturel. Il faut le fabriquer. Comment ? C’est extrêmement simple, il suffit de faire la réaction inverse de celle qui a été notée plus haut :

2H₂+O₂ ? H₂O

Si la première réaction produisait de l’énergie, celle-ci en consomme. Ainsi, toute l’énergie contenue dans l’hydrogène provient d’ailleurs : l’hydrogène n’est pas une source d’énergie, c’est juste un vecteur d’énergie. Si nos voitures devaient fonctionner à l’hydrogène, il faudrait trouver une autre source d’énergie qui permette de produire de l’hydrogène. Cela pourrait être des centrales électriques solaires (s’il n’était pas envisageable de fabriquer des voitures occupant une centaine de m², il est parfaitement envisageable de faire des centrales électriques solaire de plusieurs hectares). Et l’économie du futur commence à se dessiner :

Des centrales solaires qui convertissent l’énergie solaire en énergie électrique. Celle-ci est utilisée pour produire du dihydrogène qui serait le carburant des transports en commun (du fait de sa faible densité, il faut prévoir de gros réservoirs de dihydrogène donc de gros véhicules). Il y a pour l’instant encore de nombreux obstacles à la réalisation de cette solution : rendement des panneaux solaires encore trop faibles, dangerosité du dihydrogène (stations services explosives, réservoirs qui pourraient exploser en cas d’accident), etc. mais la BMW Hydrogen 7 de série, qui sera commercialisé à partir de 2020 (voir sa fiche sur viamichelin) apparait comme l’une des premières briques de ce futur.