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« Train à hydrogène » : différence entre les versions

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Historique des projets et prototypes
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Des innovations technologiques sont attendues dans ce domaine ; par exemple en 2013 a été mis en place le 1er système industriel capable de coupler dans une même unité la production par électrolyse et le stockage d'[[hydrogène solide]] (par [[McPhy Energy]])<ref>{{lien web|url=http://www.mcphy.com/fr/actualites/communiques/mcphy-energy-devoile-premier-systeme-industriel-couplant-production-par-electrolyse-et-stockage-hydrogene-solide-785/|site=mcphy.com|titre=McPhy Energy dévoile le tout premier système industriel couplant production par électrolyse et stockage d’hydrogène solide|date=27 septembre 2013|consulté le=21 octobre 2015}}.</ref>
Des innovations technologiques sont attendues dans ce domaine ; par exemple en 2013 a été mis en place le 1er système industriel capable de coupler dans une même unité la production par électrolyse et le stockage d'[[hydrogène solide]] (par [[McPhy Energy]])<ref>{{lien web|url=http://www.mcphy.com/fr/actualites/communiques/mcphy-energy-devoile-premier-systeme-industriel-couplant-production-par-electrolyse-et-stockage-hydrogene-solide-785/|site=mcphy.com|titre=McPhy Energy dévoile le tout premier système industriel couplant production par électrolyse et stockage d’hydrogène solide|date=27 septembre 2013|consulté le=21 octobre 2015}}.</ref>

== Historique des projets et prototypes ==
* En [[2002]] : une première locomotive minière de 3.6 tonne, 17&nbsp;kW, a été développée pour [[Placer Dome]], présentée au [[Val-d'Or]], au [[Quebec]].<ref> ;[http://aie.org.au/AIE/Documents/CD_Contents_Conference_Proceedings/WHEC2008/Extended%20Abstracts/323.pdf "Fuel-Cell-Powered Mine Locomotive."] ''Sandia National Laboratories'', 2004</ref>.
* En [[2006]] ; Le premier train à hydrogène au monde est mis au point par [[East Japan Railway Company]] <ref>[http://www.jreast.co.jp/e/press/20060401/ "Development of the World's First Fuel Cell Hybrid Railcar."] ''East Japan Railway Company'', 11 April 2006. Accessed 6 Feb 2011.</ref><ref name = "rai eng 18"/>. <br/>En octobre 2006, le [[Railway Technical Research Institute]] au japon teste un train inter-cité à pile à hydrogène (70 tonnes)<ref>{{cite journal|title=Japanese fuel cell rail vehicle in running tests|journal=Fuel Cells Bulletin|volume=2006|issue=12|year=2006|pages=2–3|issn=1464-2859|doi=10.1016/S1464-2859(06)71254-8}}</ref> ;
* En [[2007]] (avril), le mini-train à hydrogène du Musée national des sciences et technologie de [[Taiwan]] et le partenariat sur les piles à combustible de Taiwan produisent un premier parcours pédagogique sur ce thème<ref>[http://english.peopledaily.com.cn/200704/13/eng20070413_366270.html "World's first hydrogen fuel train tested in Taiwan."] ''People's Daily'', 13 April 2007.</ref>. Cette même année, l'Institut japonais de recherche technique des chemins de fer a construit au Japon deux trains de tourisme de 62 tonnes, chacune avec une pile à combustible de 450&nbsp;kW [[Proton exchange membrane fuel cell|PEM]] et une batterie de 150&nbsp;kW ;
* En [[2008]], la [[East Japan Railway Company]] a testé au Japon dans la région de Nagano, durant une courte période, son "[[NE Train]]" hybride expérimental, équipé de 2 piles à combustible à [[Proton exchange membrane fuel cell|PEM]] de 65 kW et d’une batterie lithium-ion 19 kWh (pendant une courte période |date=Janvier 2018 ;
* En [[2009]], [[BNSF Railway]] a dévoilé son projet « ''Vehicle Projects HH20B'' », une [[Locomotive de manœuvre]] alimentée par des piles à combustible à hydrogène, développée conjointement avec le [[US Army Corps of Engineers]] et Vehicle Projects Inc.<ref>[http://cjonline.com/news/2009-06-29/new_locomotive_unveiled "BNSF Railway and Vehicle Projects Demonstrate Experimental Hydrogen-Fuel-Cell Switch Locomotive."] ''BNSF Railway'', 29 June 2009.</ref> It reportedly performed its first run during 2010.<ref name = "rai eng 18"/> ;
* En [[2010]] : une ligne de train à hydrogène (hydrail) à grande vitesse (357km/h) est proposée en Indonésie<ref> [http://www.interstatetraveler.us/Associates/Marjorie.Hoeh/CAEDZ-Webfiles/cpii_07-hydrotrain03.php.htm "Hydrail: Preliminary Proposal".] ''interstatetraveler.us''.</ref>. La liaison ferroviaire (en cours d’étude de faisabilité), relierait plusieurs villes de [[Java]] avec un [[train à sustentation magnétique]] à hydrogène<ref>{{cite web |url=http://www.thehydrogenjournal.com/displaynews.php?NewsID=367 |title=Indonesia high speed hydrogen train feasibility study |date=13 Jan 2010 |publisher=The Hydrogen Journal |accessdate=25 March 2011}}</ref>{{,}}<ref>{{cite news |title=RI could have a super high speed train as early as 2012 |author=Adamrah, Mustaqim |url=http://www.thejakartapost.com/news/2010/01/08/ri-could-have-a-super-high-speed-train-early-2012.html-0 |newspaper=[[Jakarta Post]] |date=8 Jan 2010 |accessdate=26 March 2011}}</ref> ;
* en [[2011]], [[FEVE]] et l’[[Université de Valladolid]] (CIDAUT) ont lancé the FC [[Tram]] H2 Project dans les [[Asturies]] à l'aide d'un ''FABIOLOS série 3400'' reconverti de la [[SNCV]]<ref>[http://www.vialibre-ffe.com/pdf/Tranvia_hidrogeno_Feve.pdf "FEVE hydrogen tram."] ''vialibre-ffe.com''</ref>{{,}}<ref name = "rai eng 18"/>. Il peut transporter jusqu'à 30 passagers à une vitesse maximale de 20 km/h ;
* En [[2012]], le projet de train à l'hydrogène du [[Danemark]] prépare un projet de construction du premier train d'Europe alimenté à l'hydrogène et utilisant un [[moteur à combustion interne]] ref>[http://www.greenhydrogen.dk/Default.aspx?ID=328 "Europe's first hydrogen powered train."] ''The Hydrogen Train Project''.</ref>{{,}}<ref>[http://www.trb.org/Railroads/Blurbs/155621.aspx "Denmark wants Europe's first hydrogen train."] ''trb.org''.</ref>; là, dans le cadre du mini-train '' Hydrogen Pioneer Train '' de l'[Université de Birmingham]], un [[Groupe motopropulseur]] est aussi mis à l'échelle pour un test de configuration.<ref name="HoffrichterFisher2014"> {{cite journal|last1=Hoffrichter|first1=Andreas|last2=Fisher|first2=Peter|last3=Tutcher|first3=Jonathan|last4=Hillmansen|first4=Stuart|last5=Roberts|first5=Clive|title=Performance evaluation of the hydrogen-powered prototype locomotive ‘Hydrogen Pioneer’|journal=Journal of Power Sources|volume=250|year=2014|pages=120–127|issn=0378-7753|doi=10.1016/j.jpowsour.2013.10.134}}</ref>{{,}}<ref>[https://www.newscientist.com/blogs/nstv/2012/08/first-uk-hydrogen-train.html "First UK hydrogen train takes passengers for a ride."] ''New Scientist'', July 2012.</ref>{{,}}<Ref name = "PengChen2014"> {{citer la revue | last1 = Peng | first1 = Fei | last2 = Chen | first2 = WeiRong | last3 = Liu | first3 = Zhixiang | last4 = Li | first4 = Qi | last5 = Dai | first5 = Chaohua | title = Intégration système de la première locomotive chinoise à | journal = International Journal of Hydrogen Energy | volume = 39 | numéro = 25 | year = 2014 | pages = 13886–13893 | issn = 0360-3199 | doi = 10.1016 / j.ijhydene.2014.01.166}} </ref>. <br>L’Anglo American [[Platinum]] (Amplats) en [[Afrique du Sud]] et Vehicle Projects Inc. ont lancé à la mine Dishaba 5 locomotives PEMFC Trident nouvelle génération dotées d'un [[Stockage de l'hydrogène |stockage réversible en hydrure métallique]] (pour des essais). <ref>[http://www.engineeringnews.co.za/article/amplats-testing-fuel-cell-powered-loco-at-rustenburg-mine-2012-05-09 "Amplats testing fuel cell-powered loco at Rustenburg mine."] ''engineeringnews.co.za'', 9 May 2012</ref>{{,}}<ref>[http://www.fuelcelltoday.com/news-archive/2012/february/partnership-to-produce-five-fuel-cell-mine-locomotives "Partnership to produce five fuel cell mine locomotives."] ''fuelcelltoday.com'', février 2012.</ref> ;
* De [[2012]] à [[2014]], le concept d'hydrail est testé en [[Chine]] (pile à combustible à membrane échangeuse de protons)<ref name="PengChen2014">{{cite journal|last1=Peng|first1=Fei|last2=Chen|first2=WeiRong|last3=Liu|first3=Zhixiang|last4=Li| first4=Qi|last5=Dai|first5=Chaohua|title=System integration of China's first proton exchange membrane fuel cell locomotive|journal=International Journal of Hydrogen Energy|volume=39|issue=25|year=2014|pages=13886–13893|issn=0360-3199|doi=10.1016/j.ijhydene.2014.01.166}}</ref>. En novembre 2010, l’[[Université Jiaotong du Sud-ouest]] avait déjà présenté un premier prototype d’Hydrail<ref> [http://english.peopledaily.com.cn/90001/90776/90882/7215009.html "La Chine lance le premier train de tramway équipé de piles à combustible à énergie nouvelle."] '' People's Daily ' ', 29 novembre 2010. </Ref> ;
* En [[2014]], les États allemands de [[Basse-Saxe]], de [[Rhénanie du Nord-Westphalie]], du [[Bade-Wurtemberg]] et les autorités responsables des transports en commun de [[Hesse (Land)|Hesse]] signent une [[lettre d'intention]] avec Alstom Transport pour des essais avec deux trains [[Alstom Coradia]] à pile à combustible avant 2018 <ref>[http://www.alstom.com/press-centre/2014/9/innotrans2014-alstom-to-develop-a-new-emission-free-train-for-passengers-in-germany/ "Alstom to develop a new emission-free train for passengers in Germany."] ''Alstom", Septembre 2014</ref> ;
* En [[2015]], l'[[Université de Warwick]] commence à travailler sur une locomotive à hydrogène. Et Cette même année, le tramway du centre-ville d'Oranjestad à Aruba entre en service; Le Downtown Dubai Trolley Project était aussi annoncé devoir entrer en service autour de Burj Khalifa et du Dubai Mall à Dubaï<ref name="streetcar1">[http://www.applrguk.co.uk/media/files/027-029_TAUT1501_TIG-M3pdf "Dubai-streetcar"] ''applrguk.co.uk''.</ref> . En 2015, CSR Sifang Co Ltd. présente son premier tramway de 380 passagers à Qingdao (Chine)<ref>[https://www.bloomberg.com/news/articles/2015-03-25/china-s-hydrogen-powered-future-starts-in-trams-not-cars "Powered future starts in trams, not cars."] ''Bloomberg'', 25 March 2015.</ref> ;
* En [[2016]] CRRC TRC([[Tangshan]]) a mis au point le premier tramway commercial au monde (type hybride à pile à combustible) et a achevé son premier essai (opération de démonstration de tourisme industriel de Nanhu en 2017). <br>En septembre 2016, Alstom annonce la sortie de son nouveau train iLint, produit dans son usine de [[Salzgitter]]. En novembre 2017, les autorités de transport locales de l'État de Basse-Saxe passent commande de 14 trains iLints. Les essais et la procédure d’homologation par l'Autorité fédérale des chemins de fer allemands [[Eisenbahn-Bundesamt]] ont débuté fin<ref>Doll, Von Nikolaus. [https://www.welt.de/wirtschaft/article158262466/Erster-Wasserstoff-Zug-der-Welt-faehrt-in-Deutschland.html "Erster Wasserstoff-Zug der Welt fährt in Deutschland."] ''welt.de'', 20 September 2016.</ref> ;
* En septembre 2017, Alstom propose au Royaume-Uni de tester un train alimenté par une pile à combustible à hydrogène sur la nouvelle ligne construite entre Liverpool et Chester (dès décembre 2018). Alstom installe à Halebank, près de la ligne, un point de collecte d’hydrogène fourni par la proche raffinerie de Stanlow<ref>https://www.theengineer.co.uk/alstom-liverpool-hydrogen-train-trials/</ref> ;
* En [[2018]], en Allemagne, deux prototypes de trains ''Alstom Ilint'' entrent en service commercial dans la région de Buxtehude – Bremervörde – Bremerhaven – Cuxhaven. Le Schleswig-Holstein vise la desserte de 1 100 km de lignes via 60 trains hydrail iLint d'ici 2025< ref name = "rai tech 16"/>. A partir de janvier 2018, ces trains devraient tous être entretenus dans un dépôt de [[Bremervorde]] (1er site de ravitaillement en hydrogène pour train). Cet hydrogène devrait être généré sur place grâce aux [[éolienne]]s locales<ref name = "rai eng 18"/>. En septembre 2018, en Allemagne, le premier train de passagers commercial au monde fonctionnant à l'hydrogène, fabriqué par Alstom, entre en service en [[Basse-Saxe]] <ref>{{cite web|url=https://www3.nhk.or.jp/nhkworld/en/news/20180917_04/|title=Hydrogen fuel cell train to enter service|publisher=NHK World - Japan|date=16 September 2018|accessdate=18 September 2018}}</ref>. <br>En mars 2018, le gouvernement de l'État du [[Sarawak]] ([[Malaisie]]) a proposé que le système de train léger sur rail de la capitale Kuching soit alimenté par des piles à combustible à hydrogène et qu'il soit achevé avant 2024 <ref>{{cite web|url=https://www.thestar.com.my/news/nation/2018/03/30/sarawaks-lrt-to-use-hydrogen-fuel-cell-trains/|title=Sarawak’s LRT to use hydrogen fuel cell trains|publisher=The Star|date=30 March 2018|accessdate=24 June 2018}}</ref>.


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Alstom Coradia iLint à l'InnoTrans 2016
Avant du train Alstom Coradia iLint roulant en Allemagne (en 2018) et qui pourrait être testé en France, ici présenté à l’InnoTrans 2016

Le train à hydrogène (ou Hydrail) est le nom générique des trains dont la motorisation repose sur l’hydrogène (qui peut être utilisé comme carburant, ou en le faisant réagir à de l’oxygène dans une pile à hydrogène pour produire de l’électricité alimentant des moteurs électriques. L'hydrogène peut être utilisé dans ces cas comme source unique d’énergie électrique et/ou mécanique, comme source auxiliaire ou les deux.

L'utilisation de l'hydrogène comme carburant pour le transport ferroviaire s’inscrit dans le domaine émergent de l’économie de l'hydrogène[1][2][3],[4],[5],[6].

Les premiers trains à hydrogènes sont en réalité souvent des véhicules hybrides dotés de moyens embarqués de stockage d'énergie renouvelable ( batteries ou super-condensateurs se rechargeant lors du freinage régénératif qui en améliorent l'efficacité énergétique, tout en réduisant le volume nécessaire d'hydrogène à stocker dans le train (par rapport à une approche qui serait 100% hydrogène).

Applications potentielles

L’hydrogène peut alimenter tous les types de transport ferroviaire : train de banlieue ; train de voyageurs; transport de marchandise ; métro léger ; transport en commun rapide ; chemins de fer miniers ; réseaux privés ou étatiques de voies ferrées industrielles minières, notamment ; tramways ou encore petits trains spéciaux de découverte de parcs, musées, aires naturelles etc.

Vocabulaire

  • Le mot « hydrail » (combinant le mot hydrogène et le mot rail), surtout utilisé par les anglophones semble avoir été mentionné pour la première fois le 22 août 2003 dans une présentation invitée, au Volpe Center (un centre de recherche américain dédié aux transports, basé à Cambridge dans le Massachusetts), par Stan Thompson, prospectiviste et planificateur stratégique de la société américaine de télécommunications AT&T qui présentait un exposé intitulé "Mooresville Hydrail Initiative"[7].
    Cependant, selon les auteurs Stan Thompson et Jim Bowman, le terme a été imprimé pour la première fois le 17 février 2004 dans le Journal international de l'hydrogène (International Journal of Hydrogen Energy comme « mot-clé » pour les moteurs de recherche permettant aux chercheurs et aux techniciens du secteur du rail et/ou de l'hydrogène de faire connaitre et trouver plus facilement les travaux de cette discipline émergente, dans le monde entier [8].
  • hydrolley est un [[néologisme (pour « hydrogen trolley ») désignant un tramway utilisant l’hydrogène comme source d’énergie, inventé à la quatrième conférence internationale Hydrail de Valence (Espagne) en [[2008}], comme mot clé simplifié pour les moteurs de recherche. Le tramway peut alors de passer de caténaires sur tout ou partie de la ligne, ce qui diminue les couts de construction et d’entretien de la ligne, ainsi que la gêne visuelle et les coûts d’électrification et de maintenance de la voie. "Hydrolley" a été préféré à «hydrail light rail» ou à une autre combinaison pouvant évoquer une électrification externe | date = janvier 2018}}


Histoire

Depuis 2005, des conférences internationales annuelles « Hydrail » ont été organisées par l'Université d'État des Appalaches et la Chambre de commerce de Mooresville South Iredell, en collaboration avec des universités et d'autres entités. Ces conférences se proposent de réunir des scientifiques, des ingénieurs, des chefs d'entreprise, des experts industriels et des opérateurs travaillant ou utilisant les technologies de l'hydrogène au service du rail, dans le monde entier pour d'accélérer et amplifier leur déploiement pour des raisons environnementales, climatiques, de sécurité énergétique, mais aussi de développement économique.

De 2005 à 2018, ces conférences ont réuni des organismes nationaux, provinciaux et d'État des États-Unis, d'Autriche, du Canada, de Chine, du Danemark, d'Allemagne, de France, d'Italie, du Japon, de Corée, de Russie, de Turquie, du Royaume-Uni, de l'Union européenne et des Nations-Unies (ONUDI-ICHET). A leurs début ces rencontres étaient largement dominées par les acteurs et domaines universitaires mais à partir de 2013, un nombre croissant d'entreprises et d'industriels s’y sont rendus[9]

Dans les années 2010, les piles à hydrogène, ainsi que les équipements de production d’hydrogène ont été testés ou utilisés en routine par divers pays (dont Chine, Allemagne, Japon, Taiwan, Royaume-Uni et Etats-Unis). La plupart de ces technologies peuvent (ou pourront) aussi être adaptée et utilisées par d'autres formes de transports (dont les transports routiers ou maritimes[9],[7].

Le premier tain à hydrogène testé en Europe

Il s’agit du Coradia iLint (dérivé du Alstom LHB Coradia LINT et présenté le au salon InnoTrans de Berlin).

Les lettres d’intention des länders de Basse-Saxe, Rhénanie-du-Nord-Westphalie, Bade-Würtemberg, et de l’Autorité des transports publics de Hesse datent de 2014[10] en exploitation.
Ce train permet d'éviter les émissions de CO2 sur son trajet (et ailleurs si la production de l'hydrogène a été réalisée par un procédé n'en émettant pas). Le groupe thermique est remplacé par une pile à hydrogène alimentant les moteurs de traction électriques au travers d'accumulateurs tampons lithium-ion disposés sous les caisses (alors que les réservoirs de dihydrogène sous pression sont disposés en toiture). La pile à combustible produit de l'électricité en oxydant le dihydrogène par le dioxygène de l'air, une réaction qui ne produit que de l'eau. Les accumulateurs permettent de lisser les appels de puissance des moteurs et se rechargent en phases de freinage[11].

Le , la société des transports régionaux de Basse-Saxe (Landesnahverkehrsgesellschaft Niedersachsen ou LNVG) signe un contrat avec Alstom pour l'achat de 14 autorails iLint. Ce contrat prévoit la maintenance de ces véhicules à Bremerhövde et la livraison d'hydrogène pour trente ans par Linde. Ils seront construits sur le site de Salzgitter. Ces trains devront avoir une autonomie de 1 000 km pour une vitesse de pointe de 140 km/h. Il s'agit de la première commande en série pour des autorails fonctionnant à l'hydrogène. La société des transports de Basse-Saxe a été aidé par l'état fédéral a hauteur de 84 millions d'euros dans le cadre du programme d'innovation pour les technologies de l'hydrogène et des piles à combustible (NIP2)[12],[13].

Le train est inauguré le et son premier trajet commercial est effectué le lendemain. Il parcourt 100 kilomètres à 140 kilomètres/heure, avec une autonomie de 1 000 kilomètres, soit environ un jour. Il est exploité par la société LNVG. Il remplace un parc Diesel polluant, sans qu'on ait eu besoin de coûteusement électrifier les lignes ferroviaires[14].

Galerie d’images (vues du Coradia iLint)

  • Vue intérieure, sièges
    Vue intérieure, sièges
  • Vue intérieure, côté
    Vue intérieure, côté
  • Vue extérieure, de 3/4
    Vue extérieure, de 3/4
  • Vue extérieure, de 3/4
    Vue extérieure, de 3/4
  • Vue de profil
    Vue de profil

Technologie

L’hydrogène est un élément commun et facile à trouver : par exemple l'eau, qui est formée de deux molécules d’hydrogène associée à une molécule d'oxygène) [15] , peut être hydrolysée en Oxygène et en Hydrogène via différents moyens dont le reformage à la vapeur (impliquant habituellement l'utilisation de combustible fossiles) ou l'électrolyse (qui nécessite de grandes quantités d'électricité).

Il a été proposé de produire en continu de l'hydrogène pour alimenter des trains à hydrogène (hydrails) dans des gares (ou des centres de maintenance), rien que grâce à un approvisionnement constant en électricité et en eau. L’hydrogène serait ensuite pompé par le train et stocké dans des réservoirs sous pression[15]. Si l’installation est en excédent elle peut alimenter le réseau de gaz ou compresser l’hydrogène excédentaire pour d’autres usages.

Une fois isolé, l'hydrogène peut être utilisé de 2 manières :

  1. utilisation directe comme carburant gazeux [15].
  1. Utilisation dans une pile à combustible : Ce dispositif convertit l'énergie chimique contenue dans l'hydrogène pour générer de l'électricité, de l'eau et de la chaleur[9] . Son rendement (proche de 30%) est à peu près équivalent à celui des moteurs diesel contemporains, mais moindre que celui la traction électrique conventionnelle utilisant des câbles caténaires aériens. [15].
    Plus légère et de plus en plus performante, cette solution a accru la viabilité des véhicules fonctionnant à l'hydrogène. Mais la durée de vie de la pile est encore trop brève pour des trains à grande vitesse ou roulant sur de grandes distances (hormis comme source auxiliaire d’électricité). La technologie progresse néanmoins rapidement : ainsi l’entreprise Hydrogenics proposait en 2001 une pile à combustible de 25 kW pesait 290 kg pour une efficacité comprise entre 38 et 45% (de rendement). En 2017 ses piles à combustible étaient plus puissantes et plus compactes (72 kg, avec un rendement de 48 à 55%, soit une densité d'énergie multipliée par 5 environ)[9]. A ce jour la propulsion à hydrogène semble moins intéressante pour les locomotives de fret ou les trains à grande vitesse, et plus attrayante pour les applications de faible puissance (locomotives de manœuvre et petites unités [15]. Cependant le fait qu’il devient plus facile et rentable de produire de l’hydrogène avec le vent ou le soleil, et le fait que sa combustion n’émet que de la vapeur d’eau pourrait stimuler cette solution dans le secteur du rail [15]. La pile à combustible pourrait donc rapidement devenir l’une des technologie clé de la propulsion à l'hydrogène.

Coûts et disponibilités de l’hydrogène

À partir de janvier 2017, la production d'hydrogène dans le monde a significativement augmenté, de même que sa disponibilité, augmentant son attrait. Produit par électrolyse coûte encore à peu près le même prix que le gaz naturel mais près du double du fuel (alors moins taxé que l’essence) ; Contrairement au moteur diesel utilisant le fuel, la propulsion à l'hydrogène ne produit aucune émission (hormis de la vapeur d'eau)[9].
En outre de l’hydrogène peut être produit à moindre coût aux heures creuses heures creuses ou lors de surproduction électrique par des énergies intermittentes. Cela sera probablement l'une des pratiques les plus économiques à l’avenir.

La revue spécialisée « ‘The Railway Engineer » a postulé que la prédominance croissante de l’énergie éolienne conduira à des excédents d’énergie électrique la nuit (ou en période venteuse et ensoleillée) ; excédent facilement converti en stocks d’hydrogène alors produit à coût raisonnable (par électrolyse)[9] ; selon Alstom, un parc éolien de 10 MW peut produire 2,5 t d'hydrogène/jour (de quoi alimenter 14 trains de type iLint circulant sur 600 km/jour [15]).

Si ce carburant doit être fortement développé, il nécessite cependant encore un réseau de distribution performant (qui implique d'importants investissements). Pour ce qui concerne les besoins des trains, l'hydrogène comprimé peut aussi être transporté par rail, et éventuellement desservir des péniches ou des camions sur des plateformes multimodales. [15].

Questions de sécurité

La molécule d'hydrogène, très petite rend le risque de fuite plus élevé qu'avec les hydrocarbures. L’hydrogène gazeux est en outre très inflammable et l'énergie requise pour l'enflammer est 10 fois moindre que celle nécessaire pour le gaz naturel. Il nécessite donc des systèmes sécurisés de transports, remplissage de réservoir, etc. [16]. Mais en cas de fuite accidentelle, parce que très léger, il se diffuse rapidement dans l'atmosphère et risque moins de former des poches explosives[17]. Enfin, en cas de feu ou explosion, il ne dégage pas de fumées toxique, au contraire des feux d'hydrocarbures.

Perspectives et délais de transition

Le journal Railway Technology note que dans le passé l’industrie ferroviaire a été lente à adopter les nouvelles technologies, et que ses perspectives sont habituellement plutôt conservatrices. Mais il considère que des tests réussis à grande échelle par un utilisateur précoce (…qui pourrait être l’Allemagne par exemple, qui s’est lancée en 2018) pourrait faire surmonter les réticences et le traditionalisme des institutions ferroviaires[7].

Le « repowering » des locomotives (passage du diesel à l’hydrogène) présente l’avantage d'alléger les motrices et de les rendre non-polluantes tout au long de la voie ferrée. C’est aussi un moyen de diminuer la consommation globale d’énergie du train par rapport à la traction conventionnelle a conclu une étude faite par un consortium réunissant Hitachi-Rail Europe, l'Université de Birmingham et Fuel Cell Systems Ltd. (ex : jusqu’à 52% d’économies sur la ligne Norwich - Sheringham au Royaume-Uni d’après une simulation[9]).

Des innovations technologiques sont attendues dans ce domaine ; par exemple en 2013 a été mis en place le 1er système industriel capable de coupler dans une même unité la production par électrolyse et le stockage d'hydrogène solide (par McPhy Energy)[18]

Historique des projets et prototypes

  • En 2002 : une première locomotive minière de 3.6 tonne, 17 kW, a été développée pour Placer Dome, présentée au Val-d'Or, au Quebec.[19].
  • En 2006 ; Le premier train à hydrogène au monde est mis au point par East Japan Railway Company [20][9].
    En octobre 2006, le Railway Technical Research Institute au japon teste un train inter-cité à pile à hydrogène (70 tonnes)[21] ;
  • En 2007 (avril), le mini-train à hydrogène du Musée national des sciences et technologie de Taiwan et le partenariat sur les piles à combustible de Taiwan produisent un premier parcours pédagogique sur ce thème[22]. Cette même année, l'Institut japonais de recherche technique des chemins de fer a construit au Japon deux trains de tourisme de 62 tonnes, chacune avec une pile à combustible de 450 kW PEM et une batterie de 150 kW ;
  • En 2008, la East Japan Railway Company a testé au Japon dans la région de Nagano, durant une courte période, son "NE Train" hybride expérimental, équipé de 2 piles à combustible à PEM de 65 kW et d’une batterie lithium-ion 19 kWh (pendant une courte période |date=Janvier 2018 ;
  • En 2009, BNSF Railway a dévoilé son projet « Vehicle Projects HH20B », une Locomotive de manœuvre alimentée par des piles à combustible à hydrogène, développée conjointement avec le US Army Corps of Engineers et Vehicle Projects Inc.[23] It reportedly performed its first run during 2010.[9] ;
  • En 2010 : une ligne de train à hydrogène (hydrail) à grande vitesse (357km/h) est proposée en Indonésie[24]. La liaison ferroviaire (en cours d’étude de faisabilité), relierait plusieurs villes de Java avec un train à sustentation magnétique à hydrogène[25],[26] ;
  • en 2011, FEVE et l’Université de Valladolid (CIDAUT) ont lancé the FC Tram H2 Project dans les Asturies à l'aide d'un FABIOLOS série 3400 reconverti de la SNCV[27],[9]. Il peut transporter jusqu'à 30 passagers à une vitesse maximale de 20 km/h ;
  • En 2012, le projet de train à l'hydrogène du Danemark prépare un projet de construction du premier train d'Europe alimenté à l'hydrogène et utilisant un moteur à combustion interne ref>"Europe's first hydrogen powered train." The Hydrogen Train Project.</ref>,[28]; là, dans le cadre du mini-train Hydrogen Pioneer Train de l'[Université de Birmingham]], un Groupe motopropulseur est aussi mis à l'échelle pour un test de configuration.[29],[30],[31].
    L’Anglo American Platinum (Amplats) en Afrique du Sud et Vehicle Projects Inc. ont lancé à la mine Dishaba 5 locomotives PEMFC Trident nouvelle génération dotées d'un stockage réversible en hydrure métallique (pour des essais). [32],[33] ;
  • De 2012 à 2014, le concept d'hydrail est testé en Chine (pile à combustible à membrane échangeuse de protons)[31]. En novembre 2010, l’Université Jiaotong du Sud-ouest avait déjà présenté un premier prototype d’Hydrail[34] ;
  • En 2014, les États allemands de Basse-Saxe, de Rhénanie du Nord-Westphalie, du Bade-Wurtemberg et les autorités responsables des transports en commun de Hesse signent une lettre d'intention avec Alstom Transport pour des essais avec deux trains Alstom Coradia à pile à combustible avant 2018 [35] ;
  • En 2015, l'Université de Warwick commence à travailler sur une locomotive à hydrogène. Et Cette même année, le tramway du centre-ville d'Oranjestad à Aruba entre en service; Le Downtown Dubai Trolley Project était aussi annoncé devoir entrer en service autour de Burj Khalifa et du Dubai Mall à Dubaï[36] . En 2015, CSR Sifang Co Ltd. présente son premier tramway de 380 passagers à Qingdao (Chine)[37] ;
  • En 2016 CRRC TRC(Tangshan) a mis au point le premier tramway commercial au monde (type hybride à pile à combustible) et a achevé son premier essai (opération de démonstration de tourisme industriel de Nanhu en 2017).
    En septembre 2016, Alstom annonce la sortie de son nouveau train iLint, produit dans son usine de Salzgitter. En novembre 2017, les autorités de transport locales de l'État de Basse-Saxe passent commande de 14 trains iLints. Les essais et la procédure d’homologation par l'Autorité fédérale des chemins de fer allemands Eisenbahn-Bundesamt ont débuté fin[38] ;
  • En septembre 2017, Alstom propose au Royaume-Uni de tester un train alimenté par une pile à combustible à hydrogène sur la nouvelle ligne construite entre Liverpool et Chester (dès décembre 2018). Alstom installe à Halebank, près de la ligne, un point de collecte d’hydrogène fourni par la proche raffinerie de Stanlow[39] ;
  • En 2018, en Allemagne, deux prototypes de trains Alstom Ilint entrent en service commercial dans la région de Buxtehude – Bremervörde – Bremerhaven – Cuxhaven. Le Schleswig-Holstein vise la desserte de 1 100 km de lignes via 60 trains hydrail iLint d'ici 2025< ref name = "rai tech 16"/>. A partir de janvier 2018, ces trains devraient tous être entretenus dans un dépôt de Bremervorde (1er site de ravitaillement en hydrogène pour train). Cet hydrogène devrait être généré sur place grâce aux éoliennes locales[9]. En septembre 2018, en Allemagne, le premier train de passagers commercial au monde fonctionnant à l'hydrogène, fabriqué par Alstom, entre en service en Basse-Saxe [40].
    En mars 2018, le gouvernement de l'État du Sarawak (Malaisie) a proposé que le système de train léger sur rail de la capitale Kuching soit alimenté par des piles à combustible à hydrogène et qu'il soit achevé avant 2024 [41].

Voir aussi

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Articles connexes

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liens externes

Références

  1. ↑ D. Graham-Rowe, « Do the locomotion », Nature, vol. 454, no 7208,‎ , p. 1036–7 (PMID 18756218, DOI 10.1038/4541036a)
  2. ↑ J. R. Minkel, « A Smashing Bad Time for the United States », IEEE Spectrum, vol. 43,‎ , p. 12 (DOI 10.1109/MSPEC.2006.1665046)
  3. ↑ W. D. Jones, « Fuel cells could power a streetcar revival », IEEE Spectrum, vol. 46,‎ , p. 15 (DOI 10.1109/MSPEC.2009.5210050)
  4. ↑ W. D. Jones, « Hydrogen on Track », IEEE Spectrum, vol. 43,‎ , p. 10 (DOI 10.1109/MSPEC.2006.1665045)
  5. ↑ M. A. Delucchi et M. Z. Jacobson, « Providing all global energy with wind, water, and solar power, Part II: Reliability, system and transmission costs, and policies », Energy Policy, vol. 39, no 3,‎ , p. 1170–1190 (DOI 10.1016/j.enpol.2010.11.045)
  6. ↑ G. D. Marin, G. F. Naterer et K. Gabriel, « Rail transportation by hydrogen vs. Electrification – Case study for Ontario, Canada, II: Energy supply and distribution », International Journal of Hydrogen Energy, vol. 35,‎ , p. 6097 (DOI 10.1016/j.ijhydene.2010.03.095)
  7. ↑ a b et c Grey, Eva. "German state thrusts hydrogen-powered hydrail into the spotlight" railway-technology.com, 21 juin 2016
  8. ↑ Stan Thompson and Jim Bowman (2004) "The Mooresville Hydrail Initiative", International Journal of Hydrogen Energy 29(4): 438, in "News and Views" (section non revue par un comité de lecture)
  9. ↑ a b c d e f g h i j et k "Hydrail comes of age." railengineer.uk, 5 janvier 2018.
  10. ↑ Alstom dévoile son train zéro émission, le Coradia iLint, au salon InnoTrans, Alstom, septembre 2016
  11. ↑ Alstom roule à l'hydrogène
  12. ↑ Patrick Laval, « Le train à hydrogène passe du prototype à la série », La vie du rail,‎ , p. 9
  13. ↑ Le train à hydrogène passe du prototype à la série, Ville, Rail & Transport, 13 novembre 2017.
  14. ↑ Inauguration du premier train à hydrogène d’Alstom, L'Usine nouvelle, 16 septembre 2018.
  15. ↑ a b c d e f g et h Erreur de référence : Balise <ref> incorrecte : aucun texte n’a été fourni pour les références nommées rai fra 18
  16. ↑ « {{{1}}} »
  17. ↑ « L’hydrogène est plus dangereux que les carburants traditionnels », sur Connaissance des énergies, (consulté le )
  18. ↑ « McPhy Energy dévoile le tout premier système industriel couplant production par électrolyse et stockage d’hydrogène solide », sur mcphy.com, (consulté le ).
  19. ↑  ;"Fuel-Cell-Powered Mine Locomotive." Sandia National Laboratories, 2004
  20. ↑ "Development of the World's First Fuel Cell Hybrid Railcar." East Japan Railway Company, 11 April 2006. Accessed 6 Feb 2011.
  21. ↑ « Japanese fuel cell rail vehicle in running tests », Fuel Cells Bulletin, vol. 2006, no 12,‎ , p. 2–3 (ISSN 1464-2859, DOI 10.1016/S1464-2859(06)71254-8)
  22. ↑ "World's first hydrogen fuel train tested in Taiwan." People's Daily, 13 April 2007.
  23. ↑ "BNSF Railway and Vehicle Projects Demonstrate Experimental Hydrogen-Fuel-Cell Switch Locomotive." BNSF Railway, 29 June 2009.
  24. ↑ "Hydrail: Preliminary Proposal". interstatetraveler.us.
  25. ↑ « Indonesia high speed hydrogen train feasibility study », The Hydrogen Journal, (consulté le )
  26. ↑ (en) Adamrah, Mustaqim, « RI could have a super high speed train as early as 2012 », Jakarta Post,‎ (lire en ligne)
  27. ↑ "FEVE hydrogen tram." vialibre-ffe.com
  28. ↑ "Denmark wants Europe's first hydrogen train." trb.org.
  29. ↑ Andreas Hoffrichter, Peter Fisher, Jonathan Tutcher, Stuart Hillmansen et Clive Roberts, « Performance evaluation of the hydrogen-powered prototype locomotive ‘Hydrogen Pioneer’ », Journal of Power Sources, vol. 250,‎ , p. 120–127 (ISSN 0378-7753, DOI 10.1016/j.jpowsour.2013.10.134)
  30. ↑ "First UK hydrogen train takes passengers for a ride." New Scientist, July 2012.
  31. ↑ a et b Modèle:Citer la revue Erreur de référence : Balise <ref> incorrecte : le nom « PengChen2014 » est défini plusieurs fois avec des contenus différents.
  32. ↑ "Amplats testing fuel cell-powered loco at Rustenburg mine." engineeringnews.co.za, 9 May 2012
  33. ↑ "Partnership to produce five fuel cell mine locomotives." fuelcelltoday.com, février 2012.
  34. ↑ "La Chine lance le premier train de tramway équipé de piles à combustible à énergie nouvelle." People's Daily ' ', 29 novembre 2010.
  35. ↑ "Alstom to develop a new emission-free train for passengers in Germany." Alstom", Septembre 2014
  36. ↑ "Dubai-streetcar" applrguk.co.uk.
  37. ↑ "Powered future starts in trams, not cars." Bloomberg, 25 March 2015.
  38. ↑ Doll, Von Nikolaus. "Erster Wasserstoff-Zug der Welt fährt in Deutschland." welt.de, 20 September 2016.
  39. ↑ https://www.theengineer.co.uk/alstom-liverpool-hydrogen-train-trials/
  40. ↑ « Hydrogen fuel cell train to enter service », NHK World - Japan, (consulté le )
  41. ↑ « Sarawak’s LRT to use hydrogen fuel cell trains », The Star, (consulté le )
v · m
Type
À pied
Routier
Ferroviaire
Par câble
Aérien
Maritime
Hippomobile
Infrastructures
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