Technologie "hydrogène" et ses dérivées, dans les TC...

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BBArchi
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Technologie "hydrogène" et ses dérivées, dans les TC...

Message non lupar BBArchi » 07 Mars 2021, 00:29:52

Salut

Comme je pense que le sujet va devenir central dans les prochaines années, si ce n'est les prochaines semaines, je propose de mettre ici tout ce qui concerne la technologie hydrogène, bus, train, bateaux, tram, trottinettes... Ha. NON. PAS les trottinettes !

Je vois en effet venir qu'on va potentiellement s'écharper sur les différents topics qui se trouvent à en parler de façon connexe, collatérale et subséquente. Et donc pas complètement en lien avec le sujet du topic, et pas envie de le(s) voir pourrir, le(s) topic(s).

Je commence par un lien vers TRANSBUS, lesite, qui a fait une synthèse sur les bus à hydrogène : https://www.transbus.org/dossiers/pac.html

Et quelques liens complémentaires :
CAETANO : un constructeur qui n'a pas beaucoup les honneurs de la presse, mais le produit semble au point
https://caetanobus.pt/en/buses/h2-city-gold/
Le design intérieur est honnête et bien foutu.

VAN HOOL :
https://www.transbus.org/construc/vanho ... icity.html
https://www.vanhool.be/fr/transport-pub ... /fuel-cell

je vous laisse compléter les infos sur les autres concurrents...

Au passage, si quelqu'un a des infos sur le projet Thetys ? :)
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amaury
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Re: Technologie "hydrogène" et ses dérivées, dans les TC...

Message non lupar amaury » 07 Mars 2021, 22:20:09

Le débat des énergies et carburants est intéressant mais complexe.

Le premier niveau est celui de l'énergie et de la motorisation en analysant plusieurs critères : renouvelabilité, souveraineté, rendement du puits à la roue ou encore cycle de vie complet du véhicule et des installations produisant l'énergie concernée. A grande maille, j'ai retenu les éléments suivants :

Famille des agrocarburants (moteur thermique) :
  • type biodiesel = peut être produit localement (sinon pas d'intérêt) mais attention à la concurrence des productions agricoles ou encore aux méthodes de production (ex. agriculture intensive et ses multiples effets) / ne règle pas les problèmes d'émission
  • type éthanol = presque identique sur la production (mais risque d'import car production depuis canne à sucre et, dans ce cas, bilan mauvais), un peu moins d'émissions mais on n'est pas du tout dans le "zéro émission"
=> Les seuls avantages de cette famille sont de ne pas trop modifier les moteurs actuels. Mais leur mise en œuvre implique la mise en place d'une filière qui est en concurrence avec d'autres... dont les impacts positifs sur la pollution en ville sont plus intéressants. J'ai l'impression que cette famille n'a pas beaucoup d'avenir : on en parle beaucoup (moins maintenant ?) mais dans la pratique, c'est moins simple que ça en a l'air et, en plus, c’est en concurrence avec le reste.

Famille des gaz très comprimés voire liquéfiés (moteur thermique) :
  • GPL = puique issu du pétrole, peu d'intérêt
  • gaz naturel fossile = était intéressant il y a quelques années car diminuait beaucoup les émissions par rapport au diesel mais entre les progrès des filtres à particules et le caractère non renouvelable, peu d'intérêt aujourd'hui
  • biométhane = produit à partir de déchets locaux résiduels (ex. déchets agricoles bio, restes de l'alimentation type pelures ou déjections), le biométhane présente un bilan intéressant. En valorisant des déchets, on utilise les émissions qu'ils produiront de toute façon pour faire avancer des véhicules avec un bon rapport énergie dépensée / nombre de personnes transportées... et il reste de quoi faire du compost sans problème ! ^-^
  • Hydrogène = On parle bien ici de l'hydrogène dans un moteur thermique, pas avec une pile à combustible / l'avantage est surtout dans une transition vers la PAC (http://www.afhypac.org/documents/tout-s ... pt2014.pdf)... et on n'a pas encore abordé la question de la production d'hydrogène (voir ci-dessous avec la PAC)
=> dans cette famille, je retiens le biométhane ! Mais, dans la pratique, il est extrêmement compliqué de faire aboutir des usines de méthanisation. Évidemment, sans elles... :-\

Famille de l'électrique sans pile à combustible (moteur électrique) :
  • type alimentation directe par trolleys = probablement le meilleur bilan mais haro sur les LAC ! :(
  • type batteries = énormes gains de capacité / autonomie en quelques années mais pas encore adapté aux articulés et lignes avec 300 km de service quotidien + nécessite d'assurer la 2e vie des batteries puis leur recyclage / sur le plan du réseau électrique, en fonction de la production, peut être plus vertueux en pompant en heures creuses (mais tous les critères n'ont pas le même impact donc ça ne suffit pas en tant que tel !)
=> on ne parle pas ici de la production d'électricité mais elle vient du réseau. Hormis les heures de consommation en fonction de l'origine de l'énergie disponible dans le réseau, les questions se posent donc sur un autre plan. La combinaison des trolleys et des batteries avec les trolleybus IMC est évidemment très puissante. Plutôt que la recharge rapide aux arrêts, si on développait les LAC, ce serait top (on s’épargnerait, notamment, des technologies propriétaires) !

La pile à combustible hydrogène
En tant que tel, la technologie est pour l'instant complexe et coûteuse. D'un côté, il faut de l'hydrogène puis ensuite le convertir en électricité qu'on envoie vers une batterie qui, elle, va alimenter un moteur électrique. Si j'ai bien compris, c'est donc une étape supplémentaire par rapport à la batterie... et deux de plus que le trolleybus ! :) Sur le plan de l'usage, l'intérêt serait donc si à coût volume identique, l'hydrogène était plus efficace que les batteries. Pour l'hydrogène comprimé à 700 bars (véhicules légers), je crois que c'est le cas. A voir pour les poids-lourds où on utilise plutôt la compression à 350 bars.
L'hydrogène n'étant pas présent sur terre à l'état naturel tout seul, il faut l'extraire. Et c'est évidemment là que le sujet devient plus complexe :
Il y a d'abord l'hydrogène dit "fatal". C'est celui qu'on obtient comme résidu lors d'autres réactions chimiques. C'est le cas pour produire du chlore, de l'eau oxygénée ou encore dans les raffineries de pétrole (https://www.innovation24.news/2020/08/0 ... ut-maitre/). Celui-ci, à court terme, est particulièrement intéressant. Une partie sert à produire des engrais azotés, une petite autre est stockée pour de l'énergie et la dernière est... brûlée... En fonction des coûts de production et revente, l'hydrogène peut devenir, pour ces industries, un moyen de valoriser la filière en réutilisant les déchets. Côté consommation pour le transport, cet hydrogène, s'il est produit de toute façon et simplement brûlé, ça ne pollue pas spécialement plus.

Il y a l'hydrogène produit spécifiquement pour être réutilisé. Là, tout dépend de la source :
  • Gaz fossile -> pas d'intérêt environnemental global
  • Biométhane -> d’après l'ADEME, le bilan est intéressant (https://www.ademe.fr/sites/default/file ... 017-06.pdf). Je ne sais pas si cet avis intègre l'ensemble de la chaine de production du biométhane. Mais, sur le principe, on peut être dans une logique de valorisation de déchets à travers du biométhane puis consommation via l'hydrogène. En terme de rendement, on se demande pourquoi ne pas consommer directement le biométhane ? Le seul avantage de passer par l'hydrogène, à mon sens, est de réduire quasiment à zéro les émissions et le bruit sur le lieu de consommation (les émissions sont composées uniquement de vapeur d'eau).
  • Electrolyse -> on en a parlé sur le forum. Là, il s'agit de séparer les molécules d'hydrogène et d'oxygène à partir de l'eau grâce à l'électricité. Le bilan dépend donc de la production d'électricité elle-même. On est donc dans la logique de concurrence avec les batteries évoquée plus haut. Mais c'est là que ça se complique...
En fait, on le sent venir en arrière-plan de cette synthèse : le bilan environnemental n'est pas seulement lié à la technologie. Il dépend, finalement, surtout du contexte local.

J'ai suivi, de plus ou moins près, l'avancée de quelques projets. J'ai retenu les éléments suivants.

Le meilleur bilan environnemental est obtenu, de façon générale, dans la proximité entre matière première / producteur / consommateur. C'est comme l'alimentation. :) Or, pour diverses raisons, les productions locales peuvent être différentes d'un territoire à l'autre, voire être plurielles sur un même territoire ! Or, les effets de seuil sont importants. A l'échelle d'un réseau, plus le matériel est fréquent, moins ça coûte cher (sauf si le matériel n'est pas fiable, évidemment...). Il faut donc chercher une certaine homogénéité, au moins à l'échelle d’un dépôt. Or les technologies ne sont pas toutes disponibles à la fois en standard et en articulés ou elles imposent des contraintes différentes. Mais je laisse volontairement cet aspect des choses ici pour me concentrer sur le rapport entre production locale et matériel pour les TC.

Sur un même territoire, j'ai connu deux grand projets de production d'énergie plus propre :
  • Un projet d'usine de méthanisation avec des déchets agricoles locaux
  • Un projet de quartier à énergie positive (panneaux photovoltaïques) cherchant à valoriser la capacité de production d'électricité pour la rendre disponible ailleurs et à d'autres moments (cf. énergie intermittente)
Ces deux projets avaient besoin de débouchés. Pour le deuxième, c'est l'intermittence qui est en question mais pour le premier, à l'inverse, c'est la linéarité de la production ! Vu les contraintes inhérentes à la production de biométhane, le modèle économique repose sur une usine qui produit toujours la même quantité de méthane. Or, à l'autre bout de la chaine, le rapport de consommation entre l'été et l'hiver est de 1 à 7 ! Pour schématiser, le gaz sert aujourd'hui beaucoup à se chauffer alors que les clims, en été, fonctionnent à l'électricité... La capacité de production de biométhane doit donc se situer sous l'étiage de la consommation de gaz... d'où l'intérêt, pour GRDF, de trouver des débouchés au gaz en été afin de pouvoir augmenter la production de biométhane. D'une part, le modèle économique de l'usine à méthanisation en profite mais, surtout, si ça se fait au détriment du gazole, c'est tout bénef !

Du côté du quartier à énergie positive, il était nécessaire de trouver des débouchés permettant de rendre abordable la production et compression d'hydrogène sur site. Bref, les deux auraient aimé que le réseau TC passe commande ! Quand le réseau ne dispose que d'un dépôt, c'est compliqué...

En terme de modèle économique, le passage au (bio)GNV est abordable lorsque le maximum de la flotte est à motorisation GNV. On rentabilise la station d'avitaillement avec les coûts marginaux liés à l'utilisation d'autres véhicules GNV. La question se pose de la même manière pour l’hydrogène... avec, en plus, un coût exorbitant par véhicule, du fait de la nouveauté.

Le bilan de la motorisation est donc complètement différent selon les contextes locaux. Si on a une usine de méthanisation qui recycle des déchets locaux et injecte le biométhane dans la même boucle que celle qui alimente le dépôt, le bilan est au top. Si on n’est pas dans la même boucle, on peut acheter des certificats d'énergie verte. Mais c’est un peu artificiel... Et si on n’est pas dans la même boucle et qu’on n’achète pas de certificat, aucun intérêt...

Pour l’hydrogène, ça se marrie bien avec l'utilisation d’hydrogène fatal et/ou la rentabilisation d’une solution de stockage d’énergies intermittentes ou, éventuellement, par vaporeformage de biométhane (cf. ADEME). Mais ça me semble moins vertueux que, si disponible, le biométhane injecté dans la boucle alimentant le dépôt équipé GNV (car moins d’étapes et moins de transport).

La conclusion, c’est donc, d’une part, que la meilleure solution doit être adaptée localement et, d’autre part, que plusieurs solutions techniques vont certainement être en concurrence dans les prochaines années. Mettre tous ses oeufs dans le même panier est probablement aussi peu efficace que vouloir courir plusieurs lièvres à la fois. Pas simple...
A quand le retour des trolleys sur l'axe A2 ?!? Pourquoi attendre le TOP ??? En attendant, RDV sur les traces du FOL: http://folsaintjust.free.fr.
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BBArchi
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Re: Technologie "hydrogène" et ses dérivées, dans les TC...

Message non lupar BBArchi » 08 Mars 2021, 14:22:14

Merci Amaury pour cette belle synthèse. :pouce:

On pourrait rajouter quelques paramètres touchant à l'échelle de production, parce que c'est aussi une piste importante.

La taille de l'outil de production, à mettre en correspondance avec les modes de consommation, de l'ensemble découlant la logistique stockage / distribution : c'est à mon avis à la base de la réflexion sur l'hydrogène.

Un exemple : dans les années 70, l'ensemble des sensibilités qui se sont intéressées au solaire avaient majoritairement pour objectif de pallier aux énergies fossiles, en remplaçant purement et simplement toutes les sources d'énergie par la production solaire ; cela à donné les recherches et les prototypes sont passés à la phase concrète.

Quelques exemples dans notre région : le lycée de la Plaine de l'Ain, l'usine Pernod Solaire à Ecully-Dardilly, plus quelques expérimentation en maisons bioclimatiques et autonomes. Ailleurs, les fours solaires de Font Romeu et Tarragone. Très rapidement, les retours d'expérience ont confirmé la difficulté à imaginer la bascule totale vers le solaire, et arriver à une indépendance vis à vis des autres énergies. Ce constat a suffit à beaucoup pour condamner l'idée et le principe, et il a fallu de longues années avant que certains obstinés mettent en évidence que si le solaire ne pouvait pas assurer 100% des besoins, il pouvait par contre, et avec des technologies et un pilotage beaucoup moins pointus donc moins chers, assurer facilement 30 à 50% des besoins, ce qui diminue d'autant la part des autres énergies. D'où les chauffe eau solaires, les récupérations par apports solaires sur mise en charge de la masse des maçonneries, les panneaux solaires insuffisants pour alimenter les lampadaires halogène de 500w des années 90 mais totalement en phase avec les Leds, etc.

Cette récupération d'énergie est purement locale : il n'est pas envisageable de créer des pipelines pour l'eau chaude entre une centrale solaire et les points de consommation.


Cela peut parfaitement se transposer à d'autres techno (au hasard, l'hydrogène pris au sens large avec toutes ses applications), avec un jeu d'échelles de production qui peuvent être très diverses mais surtout complémentaires, du microlocal individuel en autoconsommation (le branchement sur une petite rivière ou un ruisseau avec un droit de moulin à réactiver parfois), au local (station de commune / intercommunalité avec accès aux particuliers et professionnels locaux) branché sur une installation de production "un peu plus grosse", le niveau au dessus étant le "gros producteur" disposant d'un accès à l'eau compté en milliers de m3/h (typiquement la CNR qui peut valoriser son patrimoine) mais dont la taille implique une toute autre approche en terme d'insertion dans le tissu local, comme on l'a vu sur un autre topic, sans pour autant être du niveau de dangerosité d'une énième installation nucléaire (production ou stockage de déchets ultimes ou temporaires)


Pour parler un peu du méthane, et donner une info, parce que c'est assez peu connu : il existe des technos de production de froid réversible dont les compresseurs fonctionnent sur un moteur à gaz et pas sur un moteur électrique ; cela permet de créer des grosses installations de climatisation moins dépendantes des limites physiques et du dimensionnement parfois faible du réseau de distribution d'électricité. On pourrait parfaitement imaginer un débouché à l'hydrogène 'sale' sous la forme d'une utilisation comme carburant pour ce type d'installation... aussi bien que le méthane produit : une installation de clim réversible, cela fonctionne été comme hiver.
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Re: Technologie "hydrogène" et ses dérivées, dans les TC...

Message non lupar solcarlus » 09 Mars 2021, 11:35:39

Pour info (même si c'est pas dans la région) : https://actu.fr/societe/vers-des-trains ... 56154.html
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Re: Technologie "hydrogène" et ses dérivées, dans les TC...

Message non lupar BBArchi » 09 Mars 2021, 14:10:36

Totalement dans le sujet ! :pouce: Merci !

On peut utiliser des mêmes composants de bus pour une autre application de mobilité, par exemple avec une PAC : https://www.automobile-magazine.fr/tous ... -hydrogene
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Re: Technologie "hydrogène" et ses dérivées, dans les TC...

Message non lupar BBArchi » 08 Avr 2021, 22:46:28

https://www.leprogres.fr/economie/2021/ ... -les-rails

Transports Trains à hydrogène français : bientôt sur les rails

Lancé en Allemagne en 2018, le train à hydrogène doit enfin démarrer en France avec la signature d’un contrat pour 12 rames destinées à quatre régions pionnières, les premiers essais étant prévus fin 2023.

Les premières commandes sont passées, quatre régions « tests » sélectionnés, le calendrier affiné : le train à hydrogène français sera bientôt sur les rails.

La SNCF a passé commande des premiers modèles à Alstom, pour le compte des régions Auvergne-Rhône-Alpes, Bourgogne-Franche-Comté, Grand Est et Occitanie. Le président d’Alstom France Jean-Baptiste Eyméoud envisage « les premiers essais sur voie fin 2023, et a priori une mise en service commerciale en 2025 ». Avec près de deux ans de retard sur les ambitions initiales du gouvernement.

« Ça va être une vraie démonstration, un vrai service commercial dans chaque région », avec « des conditions d’exploitations normales », promet-il. « Notre objectif est de donner envie, montrer que ça marche », renchérit Christophe Fanichet, le PDG de SNCF Voyageurs.


Des lignes déjà en partie identifiées

Auvergne-Rhône-Alpes a déjà indiqué que les nouveaux trains circuleraient entre Saint-Etienne et Clermont-Ferrand, Bourgogne-Franche-Comté du côté d’Auxerre, et l’Occitanie sur la ligne conduisant à Bagnères-de-Luchon (Haute-Garonne).

Alstom fait figure de pionnier dans le train à hydrogène, avec une technologie mise au point dans son usine de Tarbes. Il a fait circuler ses premiers prototypes en Allemagne en 2018 et y est maintenant entré dans une phase industrielle, avec 41 commandes à ce jour. Le groupe français a aussi vendu des modèles en Italie. Mais là où les modèles allemands sont monomodes, fonctionnant uniquement à l’hydrogène, les français seront bimodes, capables également de rouler sous caténaires en traction électrique.


Étape supplémentaire vers le “zéro émission”

Ces trains mélangent de l’hydrogène embarqué à bord et de l’oxygène présent dans l’air ambiant, grâce à une pile à combustible installée dans la toiture qui produit l’électricité nécessaire à la traction de la rame. Ils ne rejettent que de la vapeur d’eau. « C’est une étape supplémentaire vers le “zéro émission” dans le transport public ferroviaire », souligne Christophe Fanichet.
190 millions d’euros pour 12 rames

Le contrat s’élève pour Alstom à 190 millions d’euros pour 12 rames. Il prévoit la fourniture de trois trains à chacune des quatre régions pionnières, auxquels pourraient s’en ajouter deux en options pour le Grand Est. Divers frais font augmenter la facture à 215 millions pour les régions, mais une aide de 47 millions de l’État vient réduire le prix à 14 millions par rame - c’est-à-dire celui d’un train diesel-électrique dans cette catégorie.




J'ai tiqué sur une phrase : " les nouveaux trains circuleraient entre Saint-Etienne et Clermont-Ferrand"

Doit on interpréter cela comme une nouvelle encourageante pour la réouverture de la ligne entre Thiers et Boen sur Lignon ? Ce serait plutôt cool... :banane: :pouce:
Mais vu l'ampleur probable des travaux à engager, plus le temps des diverses procédures, (pour peu que des esprits chagrins viennent mettre leur pelletée de sable dans la boite à vitesse - genre suppression des PN), y aura t-il concordance entre la livraison des rames et la réouverture de la ligne ? ???
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Re: Technologie "hydrogène" et ses dérivées, dans les TC...

Message non lupar Rémi » 09 Avr 2021, 09:10:44

Salut

Non, en AURA, l'expérimentation est prévue sur Lyon - Clermont-Ferrand (ça risque d'être intéressant car entre la section L'Arbresle - Roanne moyennement rapide mais plutôt sévère et la section Roanne - Saint Germain à 140, ça va pomper sur la pile et les batteries) et sur Moulins - Brioude.

A noter qu'on accoste donc à 15,8 M€ par rame soit 2 fois le prix d'un Régiolis bimode classique qui n'est déjà pas donné... et avec une autonomie entre 400 et 500 km contre un point d'équilibre à 800 km avec une motorisation à explosion classique. Autant dire les choses : un train qui coûte plus cher et qui est moins productif puisqu'il devra passer plus souvent au dépôt pour faire le plein. Au moment où on explique - en arrivant enfin à aligner tout le monde - qu'il faut faire tourner le matériel et le personnel pour diminuer le coût du km-train en optimisant les frais fixes, on nous sort à un matériel qui coûte cher et qui amène une contrainte supplémentaire.

Sur Moulins - Brioude, c'est amusant, d'abord car il n'y a pas beaucoup de trains diamétralisés. Donc Moulins - Clermont en électrique, c'est déjà possible : il suffit de lever le panto. Et avec l'autonomie annoncée, il y aura des trous dans l'exploitation pour aller faire le plein... on ne fait pas 2 AR Clermont - Brioude avec un plein !

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Re: Technologie "hydrogène" et ses dérivées, dans les TC...

Message non lupar BBArchi » 11 Avr 2021, 21:00:43

Ben comme cela, on aura une expérimentation en double aveugle grandeur nature, il sera possible analyser les données recueillies en config réelle, et faire un REX "consistant".
Et on arrivera à une autonomie de 1000 kms après améliorationS, si ça se trouve... ;D


Entre la Sans Pareille et la 241P17, ont été apportées quelques améliorations substantielles ; elles ne sont pas arrivées par inadvertance mais en compilant les observations sur les innovations successives et leur résultat... :)


Oui, c'est cher. Mais quel est le juste prix d'un proto ? D'une présérie ? D'un démonstrateur ? ???

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