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750hL E38 (2002)

Le carburant de l'avenir s'appelle hydrogène. Il est extrait de l'eau dans un cycle infini et il se retransforme en eau lors de la combustion. Produit grâce à l'énergie solaire, l'hydrogène est le carburant le plus propre qui soit. Ceci explique que le moteur à hydrogène est pour BMW le développement à long terme le plus important. Un avenir qui a déjà commencé.
En fait, le moteur à hydrogène n'est rien d'autre qu'une machine utilisant l'hydrogène comme combustible. Seule différence : avant d'être utilisé par le moteur, l'eau est décomposée en ses deux éléments constitutifs que sont l'hydrogène et l'oxygène. L'énergie nécessaire à cette opération est absorbée par les deux éléments. Lors de la combustion au contact de l'oxygène atmosphérique, la machine profite de cette énergie et, à nouveau, il ne reste que de l'eau.

En fonction de la machine, l'énergie "parquée" dans l'hydrogène peut être transformée en deux formes d'énergie intéressantes pour l'application dans la voiture : soit en énergie cinétique (propulsion) par combustion dans un moteur conventionnel à combustion interne, soit en énergie électrique par combustion "froide" dans une pile à combustible. BMW exploite les deux possibilités : pour faire avancer la voiture, on favorise le moteur à combustion interne, moteur qui s'est imposé dans le monde entier grâce aussi au rapport puissance/poids et puissance/encombrement extrêmement avantageux. Pour alimenter le réseau de bord en courant électrique, il est prévu de remplacer la batterie conventionnelle au plomb par une batterie hautes performances de piles à combustible, qui ouvre des perspectives tout à fait nouvelles par exemple à la climatisation d'appoint de la voiture et à d'autres fonctionnalités.
L'hydrogène pour le moteur automobile : éviter les émissions grâce à des mélanges pauvres

BMW a commencé à la fin des années soixante-dix à se pencher sur la propulsion par hydrogène. Entre-temps, on fait fonctionner la quatrième génération de voitures à hydrogène, voitures déclinées des générations correspondantes de la série 7.
Alors que le moteur de base est issu de la production de série, le fonctionnement à l'hydrogène requiert certaines adaptations touchant aussi bien le système d'alimentation que la préparation du mélange. Ainsi, les motoristes ont développé un système électronique de formation du mélange permettant d'harmoniser exactement le dosage de l'hydrogène et le cycle de charge. La combustion se fait d'une façon générale avec un excès d'air. L'air excédentaire dans la chambre de combustion absorbe de la chaleur réduisant ainsi la température des flammes en-dessous du seuil critique au dessus duquel le mélange peut s'enflammer spontanément. La température de combustion réduite évite en même temps la formation d'oxydes d'azote (NOx) qui, sur les moteurs à essence, doivent être éliminés par les pots catalytiques. Même sans traitement supplémentaire des gaz d'échappement, les moteurs à hydrogène BMW n'émettent donc pratiquement aucun polluant. Cette conception écologique des moteurs entraîne, certes, une baisse de leur puissance spécifique, mais celle-ci peut être compensée par une adaptation de la cylindrée.

En alternative, les moteurs peuvent être conçus pour une puissance spécifique maximale. Dans ce cas, les émissions de NOx sont éliminées par un pot catalytique approprié. Il est donc à long terme possible d'atteindre des puissances spécifiques au moins égales à celles des moteurs à essence.

Le plein d'hydrogène : 400 kilomètres d'autonomie
Pouvoir atteindre l'autonomie habituelle d'un plein d'essence est un critère particulièrement important pour l'utilisation de l'hydrogène, comme d'ailleurs pour tout autre carburant. L'hydrogène présentant pour un volume identique une valeur calorifique inférieure à celle de l'essence, il demande un réservoir plus grand pour atteindre la même autonomie. On essaie de ce fait de mettre autant d'hydrogène que possible dans le réservoir automobile. Le meilleur moyen pour y parvenir est de liquéfier l'hydrogène et de le transporter à environ moins 250 degrés centigrade dans un réservoir isolé. Lorsque la voiture est immobilisée, l'isolement hautement efficace assure un stockage sans perte pendant trois jours environ. Les voitures expérimentales actuelles sont équipées d'un réservoir de 140 litres. Quant à son contenu énergétique, un plein correspond à environ 40 litres d'essence, ce qui permet une autonomie de plus de 400 kilomètres. Le réservoir est logé derrière la banquette arrière de la voiture. Des réservoirs perfectionnés pouvant aussi se loger sous les sièges arrière d'une petite voiture sont à l'étude.

La sécurité : une condition sinequanon
En principe, la formule de sécurité s'appliquant au gaz s'applique aussi à l'hydrogène : la manipulation de ce combustible alternatif n'est pas plus dangereuse, elle est simplement différente de celle de l'essence. Comme l'essence cou-ramment utilisée aujourd'hui, l'hydrogène est bien sûr très réactif dans certaines conditions. Afin de garantir aux réservoirs à hydrogène la même sécurité qu'aux réservoirs à essence, on a effectué de nombreux essais. Des études analysant la sécurité, des expériences en laboratoire et des essais pratiques approfondis ont anticipé tout ce qui ne doit pas se produire plus tard lorsqu'on utilisera quotidiennement cette source d'énergie. Toutes les conclusions tirées de ces études et essais sont déjà assimilées dans la pratique - sur les BMW à hydrogène et sur la 320g tournant au gaz naturel liquide.


Harmoniser les législations
Dans le cadre de l'EIHP (European Integrated Hydrogen Project), BMW cherche à contribuer à la création des conditions générales nécessaires pour permettre la généralisation de véhicules à hydrogène. L'objectif de l'EIHP est d'harmoniser les lois et normes relatives à l'hydrogène et de faciliter ainsi le lancement commercial de la nouvelle technologie. Il se propose de fournir aux législateurs des bases solides leur permettant de prendre des décisions. Il élabore de plus des concepts pour la normalisation de l'infrastructure et des composants automobiles.


Faire le plein en cinq minutes seulement
Un système de ravitaillement qui n'est pas plus compliqué que le système actuel, constitue une autre condition préalable à l'introduction de l'hydro-gène comme combustible. La température basse de moins 250 degrés centigrade environ a requis la mise au point d'une technologie spécifique.

En coopération avec les partenaires du projet, BMW a développé un système de réservoir permettant de ravitailler les voitures sans perte ni risque et aussi vite que les voitures à essence. Cette technique est maintenant appliquée sous sa forme la plus récente dans la première station publique de distribution d'hydrogène liquide à l'aéroport de Munich. Il s'agit d'une station robotisée assurant un ravitaillement entièrement automatisé en cinq minutes environ, ce qui rend la technique de l'hydrogène accessible au commun des mortels.

La première voiture de série à pile à combustible est une BMW
Une limousine de la série 7 propulsée par hydrogène et construite en petite série, sera la contribution la plus remarquée de BMW. Quant à l'alimentation électrique du réseau de bord de cette automobile, elle ne sera pas assurée par une batterie au plomb, mais par une batterie de piles à combustible. BMW sera le premier constructeur automobile du monde à proposer en série une batterie de piles à combustible pour la production de courant à bord de la voiture.

Le bloc de piles à combustible a pour mission d'alimenter le réseau de bord en énergie électrique. Cette "batterie électrochimique" assume ainsi la fonction qu'elle remplit le mieux : la pile à combustible fonctionnant avec de l'hydrogène prélevé du réservoir, la production de courant se fera avec un rendement très élevé. Avec ce concept, les pertes importantes, causées par le reformage par exemple du méthanol en hydrogène, sont inexistantes.

Sur la série 7 à hydrogène, la batterie de piles à combustible fort compacte ne prend pas plus de place qu'une batterie d'accumulateurs au plomb classique. En puissance et en endurance, ce bloc de cinq kilowatts l'emporte cependant, et de loin. L'APU (Auxiliary Power Unit) à piles à combustible, comme on l'appelle aussi, peut ainsi prendre en charge l'alimentation de tous les consommateurs électriques conventionnels tout en permettant la réalisation de nouvelles fonctions. Aussi un climatiseur d'appoint produisant du chaud ou du froid même lorsque le moteur est arrêté, est-il prévu pour les séries 7 avant-gardistes.

BMW participe au développement du solaire pour produire de l'hydrogène
Avant que la propulsion par hydrogène ne puisse être lancée à grande échelle, certains problèmes concernant surtout l'infrastructure restent à résoudre. L'hydrogène ne pourra être une alternative raisonnable aux carburants conventionnels que si le courant nécessaire à son exploitation peut être produit grâce à des énergies renouvelables. Par exemple grâce à des photopiles. L'exploitation de centrales solaires avec des concentrateurs paraboliques, telle qu'elle se fait par exemple dans la centrale californienne dans le désert Mohave, constitue une alternative prometteuse. Pour étudier de tels scénarios, BMW s'est associé très tôt au projet "l'hydrogène grâce au solaire" à Neunburg vorm Wald (Bavière), où la production photovoltaïque de l'hydrogène et son utilisation à différentes fins ont été testées en coopération avec d'autres entreprises. L'objectif étant la production écono-mique de l'hydrogène en des quantités suffisantes, grâce à l'énergie solaire.

Une stratégie énergie dans le secteur des transports pour concentrer les intérêts nationaux
Il s'entend que BMW ne peut pas lancer tout seul la mise en place d'une économie de l'hydrogène. C'est l'union qui fait la force et c'est ainsi que seule une alliance de partenaires forts ayant les mêmes intérêts pourra déclencher la percée sur le marché.
A l'initiative, entre autres, de BMW, sept entreprises du secteur de l'automo-bile et de l'énergie se sont de ce fait regroupées pour mener une "stratégie énergie dans le secteur des transports". L'objectif concret d'un premier accord conclu avec le gouvernement fédéral est d'identifier les carburants alternatifs écologiques. Dans une deuxième étape, il est prévu d'élaborer une stratégie concentrée pour leur lancement commercial. L'on veut ainsi créer les conditions nécessaires pour que les technologies innovantes en matière d'énergie et de propulsion puissent, le moment venu, réussir sur le marché.