Wabtec : L’hydrogène est le carburant des locomotives du futur

Les chemins de fer peuvent convertir les moteurs diesel pour brûler directement de l'hydrogène, puis adopter la technologie des piles à combustible à zéro émission, selon le fabricant de locomotives.

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Alors que l'industrie ferroviaire cherche des moyens de réduire, voire d'éliminer ses émissions de gaz à effet de serre, Wabtec considère l'hydrogène comme le carburant des locomotives du futur, qu'il soit brûlé dans des moteurs à combustion interne ou utilisé pour alimenter des piles à combustible.

« Nous pensons que cette technologie aura un impact. Nous ne considérons pas cela comme une chose marginale. Ce sera ce qui remplacera les moteurs diesel à l'avenir », déclare Philip Moslener, vice-président de Wabtec pour les technologies avancées.

L’hydrogène ne produit aucune émission de gaz à effet de serre lorsqu’il est brûlé comme carburant. "Ce n'est pas économiquement viable aujourd'hui", déclare Moslener, soulignant que l'hydrogène coûte actuellement beaucoup plus cher que le carburant diesel.

Mais la production d’hydrogène devrait augmenter, ce qui devrait réduire le coût du carburant diesel rival dès 2030. Aux États-Unis, la loi bipartite sur les infrastructures prévoit un financement de 7 milliards de dollars pour développer six à dix centres de production et de stockage d’hydrogène, tandis qu’il existe des efforts similaires sont en cours au Canada. Les sociétés énergétiques, quant à elles, investissent dans des installations de production d’hydrogène.

Wabtec vise donc à adapter ses efforts de recherche et de développement de locomotives à hydrogène au rythme prévu de production d’hydrogène en Amérique du Nord. Wabtec espère mettre en service son premier prototype à hydrogène en 2027.

Les piles à combustible alimentées à l'hydrogène, combinées à des batteries pour stocker l'électricité, constitueraient une solution zéro émission pour remplacer la locomotive diesel-électrique, explique Moslener.

Mais les piles à combustible n'ont pas encore la densité énergétique requise pour une locomotive de ligne. Une locomotive routière aurait besoin de 3 300 kilowatts de puissance, soit 10 fois celle disponible à partir des piles à combustible que l'on peut installer aujourd'hui sur une locomotive, explique Moslener.

Le développement de piles à combustible toujours plus puissantes devrait cependant se poursuivre, à l’instar de la façon dont les batteries ont gagné en capacité de stockage et étendu l’autonomie des véhicules électriques ces dernières années.

«Nous y arriverons», dit Moslener.

Si un groupe de locomotives à pile à combustible a finalement besoin de plus de capacité de batterie, les chemins de fer pourraient toujours ajouter au train une des locomotives électriques à batterie FLXdrive de Wabtec, dit-il.

En raison de leurs besoins en puissance inférieurs, les locomotives de commutation à pile à combustible pourraient devenir viables plus tôt que les locomotives routières.

Les locomotives routières et les locomotives de manœuvre nécessiteront des systèmes de gestion de l'énergie différents en raison des différentes exigences de chaque type de service. Les piles à combustible préfèrent produire une quantité constante d'énergie, explique Moslener, de sorte que les commutateurs devraient tirer de l'électricité des batteries plutôt que d'exploiter la pile à combustible. À l’inverse, les locomotives routières fonctionnent souvent avec des demandes de puissance relativement constantes et pourraient exploiter une combinaison de piles à combustible et de batteries pour alimenter leurs moteurs de traction.

L’autre voie consiste à brûler de l’hydrogène dans des moteurs à combustion interne. « Nous considérons également cela comme une solution viable, en particulier lorsqu'il s'agit d'une technologie de transition », explique Moslener. « Ce qui est bien avec les moteurs à combustion interne, ce sont leurs moteurs. Nous connaissons les moteurs. Les clients sont à l'aise avec les moteurs. Ils savent comment les entretenir. Ils savent comment les faire fonctionner.

Autre avantage : les locomotives de la série Evolution de Wabtec peuvent fonctionner à l'hydrogène avec peu de modifications. « Ce qui est bien avec notre famille de moteurs EVO, c'est qu'ils ont la capacité, la génétique, de pouvoir être modifiés à l'hydrogène », explique Moslener.

Le plus grand obstacle technique est de savoir comment acheminer l’hydrogène jusqu’à la chambre de combustion. Comme le gaz naturel liquéfié, l’hydrogène a besoin d’une étincelle pour s’enflammer. Les locomotives Wabtec alimentées au GNL utilisées sur le Florida East Coast Railway reposent sur l'injection portuaire de carburant diesel utilisé comme pilote. Cette technologie doit être adaptée à l'utilisation de l'hydrogène, explique Moslener.