La SNCF envisage le moteur à combustion d’hydrogène

Avec 42 % de ses lignes non électrifiées et 20 % des trajets avec des locomotives diesel hybrides série, la SNCF explore des alternatives décarbonées. Le moteur à combustion d’hydrogène semble être l'option la plus adaptée.

Lors de la 4^e édition de la Journée d’étude sur le moteur à combustion interne d’hydrogène organisée le 15 mai dernier par la Société des Ingénieurs de l’Automobile (SIA), la SNCF a présenté son analyse sur la décarbonation de ses moyens de transport. Les chiffres sont évidemment très différents de ceux communément rencontrés dans les transports routiers : 

  • Un train pèse entre 1 000 et 3 600 t et son autonomie doit atteindre 900 km.
  • Un train de 1 800 t demande une puissance de traction de 2 MW à 80 km/h sur un sol plat, 4 MW sur une pente de 0,5 % et 6 MW sur une de 1 %.
  • La consommation moyenne est de 27 kWh/km.
  • La masse et la longueur d’un train sont limitées par l’usure et la capacité des rails.

Plusieurs alternatives de propulsion décarbonée sont actuellement étudiées et testées selon les régions.

Ainsi 15 rames Régiolis alimentées en biocarburant B100 (colza) sont testées depuis 2021 pour le transport de marchandises sur la ligne Paris-Granville. Cependant, la production du B100 est limitée et en concurrence avec le carburant décarboné SAF pour l’aviation.

La propulsion électrique à batterie est actuellement expérimentée sur des lignes de TER. Pour des lignes nationales, cette solution a été d'emblée éliminée déclare Charles Foncin, ingénieur énergie hydrogène de la SNCF : « La propulsion électrique à batterie nécessiterait un wagon d’accumulateurs long de 24 m et pesant 129 t, ce qui réduirait la capacité de transport et la rentabilité, procurerait une autonomie de 200 km seulement avec des cellules LFP et demanderait un temps de recharge trop long ». Les futures batteries solid-state offriraient une autonomie de 700 km et limiteraient la longueur du wagon à 16 m, mais leur disponibilité et leur coût restent incertains.

Un train circulant toujours à sa vitesse maximale, la pile à combustible semble peu adaptée à cet usage car elle fonctionnerait en permanence à pleine puissance, donc avec un moins bon rendement. De plus, si un GMP électrique et une batterie permettent la récupération de l’énergie à la décélération, cette opportunité ne représente que 5 % de la consommation totale. Leur durée de vie est par ailleurs encore trop courte. Cette solution est cependant testée depuis 2024 pour le transport régional avec une autonomie de 600 km, 12 trains Régiolis H2 ayant été commandés par 4 régions.

Le moteur à combustion d'hydrogène décarboné est alors sérieusement envisagé en raison de nombreux avantages : longue durée de vie, connaissances du moteur à combustion interne, installation aisée à la place du diesel, absence de matériaux critiques et relatif faible coût. 

L'hydrogène est cependant plus difficile à stocker que le gazole. Le stockage à l’état gazeux sous 700 bars requerrait un wagon spécifique de 26,4 m et 79 t pour assurer une autonomie de 900 km, ce qui imposerait de supprimer un ou deux wagons. « Le transport d’hydrogène liquide est une meilleure solution, dans un wagon supplémentaire de 8,7 m et 16 t seulement, offrant une autonomie de 1 000 km » indique Charles Foncin. Le Stockage liquide dans un réservoir cryogénique est également la voie choisie par la FIA et l’ACO pour les courses d’endurance.

Plusieurs locomotives équipées d’un moteur à combustion d'hydrogène sont déjà en test sur d’autres lignes, notamment le Stadler FLIRT H2 doté de deux moteurs délivrant chacun 220 kW à 2 200 tr/min et 1 000 Nm entre 1 400 et 1 600 tr/min. Ce 6-cylindres TCG 7.8 H2 développé par Deutz est doté d’une injection indirecte, d’un seul turbocompresseur, d’un circuit EGR et d’un système d’allumage à bougies en position centrale.


    Yvonnick Gazeau