L'Hydrogène Liquide : Un Carburant Révolutionnaire pour la Mobilité, le Ferroviaire, l'Aéronautique et le Spatial
L'hydrogène liquide (LH2) émerge comme une solution prometteuse pour relever les défis de la décarbonation dans divers secteurs, notamment la mobilité, le ferroviaire, l'aéronautique et le spatial. Cet article explore le rôle crucial et les enjeux associés à l'adoption de l'hydrogène liquide comme carburant de l'avenir.
L'Hydrogène Liquide dans la Mobilité :
La transition vers une mobilité plus durable est impérative pour réduire notre empreinte carbone. L'hydrogène liquide, avec sa haute densité énergétique, se présente comme une alternative viable aux combustibles fossiles. Dans le secteur automobile, les véhicules à pile à combustible hydrogène offrent une autonomie et un temps de ravitaillement comparables à ceux des voitures conventionnelles, sans émissions nocives, ne rejetant que de l'eau.
Le Secteur Ferroviaire : Une Nouvelle Ère avec l'Hydrogène :
Le remplacement des locomotives diesel par des alternatives à hydrogène peut transformer radicalement le secteur ferroviaire, en particulier dans les régions non électrifiées. Les trains à hydrogène, déjà en service dans certains pays, montrent la voie vers un transport ferroviaire sans émissions, soulignant l'importance de développer des infrastructures de ravitaillement en hydrogène.
L'Aéronautique : Voler Haut avec l'Hydrogène :
L'aéronautique fait face à un défi majeur : réduire son impact environnemental sans compromettre la performance. L'hydrogène liquide, en tant que carburant, pourrait révolutionner ce secteur par sa capacité à alimenter les avions de manière plus écologique. Les projets de moteurs à hydrogène et d'avions commerciaux conçus pour utiliser cet énergétique montrent un avenir prometteur, bien que les défis technologiques et d'infrastructure soient considérables.
Le Secteur Spatial : L'Hydrogène, un Carburant Étoilé :
Dans le domaine spatial, l'hydrogène liquide n'est pas nouveau, servant de carburant pour les lanceurs depuis des décennies grâce à son excellente performance. Cependant, avec l'accent croissant sur les missions durables et réutilisables, l'hydrogène joue un rôle encore plus crucial. La capacité de produire de l'hydrogène liquide sur d'autres planètes pourrait également être un facteur déterminant pour les futures missions d'exploration spatiale.
Sécurité et contrôle commande :
La gestion des réservoirs d'hydrogène liquide et de leur système de contrôle commande revêt une importance capitale en raison de la complexité inhérente à la prévention des phénomènes de "boil-off". Ce terme désigne l'évaporation progressive de l'hydrogène liquide due à l'absorption de chaleur ambiante, un défi majeur pour le stockage et le transport de ce carburant à très basse température. La conception des réservoirs doit donc non seulement assurer une isolation thermique exceptionnelle pour minimiser les pertes d'énergie, mais aussi intégrer des systèmes de contrôle avancés capables de réguler finement la pression et la température. Ces systèmes de contrôle commande jouent un rôle crucial en activant des mécanismes de refroidissement ou en gérant la libération contrôlée de gaz pour éviter une augmentation de pression dangereuse. La sophistication de ces technologies témoigne de l'ingénierie de pointe nécessaire pour exploiter pleinement le potentiel de l'hydrogène liquide, tout en garantissant la sécurité et l'efficacité des opérations dans des applications aussi diverses que l'automobile, l'aérospatial ou le transport ferroviaire.
Gemesis a collaboré de manière très étroite avec un concepteur de réservoirs adaptés à des environnements soumis à de fortes contraintes. Pour ce projet ambitieux, nous nous sommes appuyés sur les ICD (Interface Control Documents), qui listent les capteurs et actionneurs, afin de valider les systèmes de prototypage rapide de notre contrôle-commande. Cette étape cruciale nous a permis de choisir avec soin le matériel et les outils logiciels nécessaires pour développer les algorithmes de contrôle-commande.
Face à ce défi, un premier Proof of Concept (POC) a été exigé par notre client pour sélectionner le fournisseur du système HIL (Hardware In the Loop), imposant de nombreuses contraintes spécifiques. Suite au succès de ce POC, nous avons fourni le système HIL et avons soutenu notre partenaire dans la mise en œuvre du logiciel de contrôle-commande embarqué.
Pour mener à bien ce projet, nous avons opté pour la solution cRIO de National Instruments, choisie pour sa modularité, sa compatibilité avec des environnements embarqués (de -40 à +70 °C) et sa résistance aux vibrations. Nous avons programmé sur le FPGA pour intégrer des fonctionnalités de communication et des opérations spécifiques, démontrant ainsi la possibilité d'exécuter sur la cible temps réel des bibliothèques codées sous MATLAB, mais également dans des environnements plus atypiques autorisant des simulations fluidiques biphasiques.
Aujourd'hui, ce système est utilisé pour attester de la faisabilité du système dans son ensemble, et nous envisageons d'autres applications pour des bancs de simulation MIL (Model In the Loop) et HIL. Chez Gemesis, nous attendons avec impatience l'industrialisation de ces systèmes pour les réaliser des bancs de test LH2 pour les laboratoire ou en fin de ligne pour les composants fonctionnant à l'hydrogène liquide.
