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II.2 - Le coût pour l'automobiliste

Une voiture à hydrogène a peut-être toutes les qualités en termes environnementaux, mais il faut aussi voir le prix de celle-ci comparée à une voiture thermique (nous prendrons le cas d'un moteur à essence). Nous allons premièrement calculer tous les coûts liés à l'alimentation d'un moteur thermique puis nous ferons de même pour un moteur à hydrogène alimenté par le biais d'une pile à combustible, ensuite, nous comparerons les deux. Cette comparaison ne prendra compte que du prix du carburant associé à chaque moteur. En effet, le prix moyen d'une pile à combustible et d'un moteur électrique assez puissants pour pouvoir faire avancer une voiture ne sont pas communiqués.

Généralités

Imaginons-nous une petite Peugeot 106, d'après un site 1), pour pouvoir rouler à 100Km/h pendant 1 heure, cette voiture a besoin d'environ 10kWh (8kWh liés aux frottements de l'air ainsi que 1kWh liés aux frottements des roulements(pneu, etc…) et 1kWh pour des consommations annexes comme la radio/climatisation…).

Cas d'un moteur thermique

Notre voiture a donc besoin de 10Kwh pour pouvoir rouler dans ces conditions. Or, le rendement d'un moteur essence à explosion est dans ces conditions de plus ou moins 30% 2). Pour pouvoir fournir ses 10kWh sous forme mécanique, il devra utiliser 33.3 kWh sous forme d'essence. Le pouvoir calorifique moyen de l'essence est de 35'475kJ/L. Sachant que 1kWh est égal à 3.6MJ, on aura besoin de 119.8MJ (soit 119'800kJ) pour pouvoir rouler à 100Km/h pendant une heure. Notre voiture aura donc besoin de ~3.4 litres pour faire ses 100 Km à 100Km/h

La consommation est plus faible que la consommation moyenne du véhicule, mais c'est parce qu'elle est obtenue dans des conditions particulières (sur terrain plat et à vitesse constante, avec un rendement élevé du moteur)

Cas d'un moteur électrique tirant son énergie d'une pile à combustible

Le rendement d'un moteur électrique de type brushless tourne autour des 80%. Le moteur, pour pouvoir délivrer à la fin 10Kwh sous forme mécanique, aura besoin de consommer 12.5kWh sous forme électrique. Ces 12.5kWh sous forme électrique vont être générés par une pile à combustible produisant de l'électricité à partir de l'hydrogène. Une pile à combustible à un rendement avoisinant les 62% 3). On aura donc besoin de 20kWh de puissance sous forme d'hydrogène pour pouvoir faire nos 100km à 100km/h. Vu que l'hydrogène a un pouvoir calorifique de 141.79 MJ/kg 4), ces 100km seront parcourus avec 0.51kg d'hydrogène.

Prix à long terme

Pour pouvoir calculer les couts liés aux différents types de moteur, nous allons définir les données suivantes:
Actuellement(le 27/02/2010 à la station essence de Segny), l'essence coute 1,28 € le litre.
D'après autopress.be, l'hydrogène coute lui 8 € le kilogramme 5).
Une personne fait en moyenne 1000km de voiture par mois.
Nous avons pensé qu'en 2020, l'essence pourrait arriver à couter 2€/L ce qui donne une augmentation de 0.38%/mois.
Pour l'hydrogène, AirLiquide pense qu'il faudrait atteindre 6) un coût de 3 à 5€(HT) /kg. Nous avons donc pensé qu'en 2020, l'hydrogène pourrait couter 7€ le kilo, ce qui fait une “augmentation” de - 0.09%/mois.
Pour pouvoir calculer nous allons prendre une durée de vie de la voiture de 10 ans.

Résultats des calculs:

Vous pouvez visionner ces calculs dans la feuille OpenOffice.Org Calc jointe en bas de page.
D'après nos calculs, au bout de 10 ans, notre voiture à essence aura consommé 6'601,15€ d'essence ou bien, en “mode hydrogène” 4'602,06€ d'hydrogène.
Cette voiture à hydrogène aura donc économisé 1'999,09€ (plus de précision dans la feuille de calcul).
Mais il ne faut pas oublier le prix de la pile à combustible qui, lui, est exorbitant (le prix exact n'est pas communiqué mais les experts estiment qu'actuellement le prix de la PAC tournerait autour de 5'000$ auxquels il faut rajouter le moteur électrique et toutes les organes technologies qui y sont associés. Pour que l'option hydrogène soit rentable pour le consommateur, il faudrait dans cet exemple que le surcoût soit limité à environ 2000€.

Fichier OpenOffice Calc

Le classeur est disponible ici: http://tpe.villaro-dixon.eu/cout.ods
Nécessite un lecteur capable de lire l'extension .ods comme par exemple OpenOffice.Org, une excellente suite bureautique libre et gratuite.