LA PILE À COMBUSTIBLE - Gymnase Auguste Piccard

LA PILE À COMBUSTIBLE - Gymnase Auguste Piccard

Gymnase Auguste Piccard
Travail de maturité 2008
LA PILE À
COMBUSTIBLE
Laurent DE SCHOULEPNIKOFF
11 novembre 2008, Crissier
Lucien FAVRE, 3M3
Résumé
La pile à combustible a été inventée en 1839 par William Robert Grove. Le principe sur lequel elle
s’appuie est très simple : c’est l’inverse de l’électrolyse. Un atome d’oxygène et deux atomes
d’hydrogène s’assemblent et créent de l’électricité, de la chaleur et de l’eau.
Cette réaction n’émet que de l’eau comme « pollution » et a un rendement théorique nettement plus
élevé que les moteurs à explosion. Toutefois, étant moins avantageuse financièrement que les
technologies utilisant des hydrocarbures, la pile à combustible est tombée dans l’oubli pendant presque
tout les 19ème et 20ème siècles, pour redevenir d’actualité depuis quelques années grâce à
l’augmentation du prix du pétrole et à la prise de conscience du réchauffement climatique.
La pile à combustible utilise comme carburant de l’hydrogène. C’est le gaz ayant le meilleur
rendement énergie-poids, mais malheureusement sa masse volumique est moins intéressante que sa
capacité calorifique car le dihydrogène est en effet le gaz le plus léger. Avec une masse volumique à
0°C de 0,0899 kg/m3, on ne pourrait rouler que quelques centaines de mètres avec un réservoir
d’essence de voiture conventionnel. C’est pour cette raison qu’il faut recourir à des technologies de
stockage chimiques ou physiques pour augmenter la distance parcourue avec un réservoir plein.
L’hydrogène ne se trouvant pas à l’état naturel sur Terre, il faut le fabriquer. C’est une différence
fondamentale avec le pétrole car l’hydrogène est un vecteur et non une source d’énergie. Produire de
l’hydrogène nécessite beaucoup d’énergie.
Ainsi, d’autres facteurs sont à inclure dans le rendement fantastique de plus de 80% qu’affichent
certaines piles à combustible. En particulier le stockage sous pression ou à basse température, la
production d’hydrogène et le moteur électrique qui fait tourner les roues de la voiture, diminuent le
rendement global de la pile à combustible.
Mais l’automobile n’est pas l’usage exclusif de la pile à combustible. On peut aussi l’utiliser dans le
domaine portable pour remplacer les batteries d’ordinateur, téléphone portable et tout autre appareil
électronique. La pile à combustible peut aussi être utilisée dans le domaine stationnaire avec des
applications de cogénération d’électricité et de chaleur à différentes échelles, allant de la production
d’énergie pour une maison à celle pour un quartier ou une ville. Ce dernier domaine pose moins de
contraintes car la place prise par le système ne joue pas un très grand rôle.
Cette technologie qui utilise un principe tout simple se complique nettement à la réalisation. Le rêve
des physiciens devient alors le cauchemar des ingénieurs. Les principaux problèmes à résoudre sont le
prix, la durée de vie, le rendement, le poids, la miniaturisation, le stockage d’hydrogène et sa
production, ce qui représente en fait tout les composants de la pile à combustible.
A cela s’ajoute le lobby du pétrole qui est très présent dans le domaine du transport et du chauffage et
ne tient pas à perdre sa mainmise dans ce domaine.
Comme toute nouvelle technologie, il faudra donc un temps d’adaptation avant qu’elle soit dans notre
vie de tous les jours. Ce n’est en effet qu’après que nous aurons changé nos habitudes et permis au
énergies propres de dominer le marché que la pile à combustible pourra nous être accessible.
2
Table des matières
Résumé ........................................................................................................................................................... 2
Table des matières.......................................................................................................................................... 3
Introduction .................................................................................................................................................... 5
Histoire de la pile à combustible ................................................................................................................... 6
Fonctionnement de la pile à combustible et différents types........................................................................ 8
Généralités.................................................................................................................................................. 8
AFC (Alkaline Fuel Cell) .......................................................................................................................... 9
PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) .................................................................................. 10
DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) ........................................................................................................ 11
PAFC (Phosphoric Acide Fuel Cell) ....................................................................................................... 12
MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) ..................................................................................................... 12
SOFC (Solid Oxid Fuel Cell) .................................................................................................................. 13
Production d’Hydrogène .............................................................................................................................. 15
Vaporeformage......................................................................................................................................... 15
Electrolyse à basse température............................................................................................................... 15
Electrolyse à haute température............................................................................................................... 16
Cycles thermochimiques.......................................................................................................................... 17
Photosynthèse........................................................................................................................................... 18
Stockage de l’hydrogène.............................................................................................................................. 19
Stockage sous forme liquide.................................................................................................................... 19
Stockage gazeux sous haute pression...................................................................................................... 19
Charbon actif ............................................................................................................................................ 20
Nanotubes............................................................................................................................................. 20
Nanofibres ............................................................................................................................................ 20
Fullerènes ................................................................................................................................................. 20
Hydrure métallique .................................................................................................................................. 21
NaBH4....................................................................................................................................................... 21
Ammoniac ................................................................................................................................................ 21
Méthanol................................................................................................................................................... 21
Applications.................................................................................................................................................. 23
Spatial ....................................................................................................................................................... 23
Sous-marins.............................................................................................................................................. 24
Bateaux ..................................................................................................................................................... 24
Automobile............................................................................................................................................... 25
3
Aviation .................................................................................................................................................... 25
Stationnaire............................................................................................................................................... 26
Portable..................................................................................................................................................... 27
Comparaisons ............................................................................................................................................... 28
Batterie électrique .................................................................................................................................... 28
Air comprimé ........................................................................................................................................... 28
Moteur à combustion ............................................................................................................................... 29
Hydrogène ............................................................................................................................................ 29
Essence ................................................................................................................................................. 29
Gaz naturel ........................................................................................................................................... 29
Biocarburant......................................................................................................................................... 29
Prix et durée de vie....................................................................................................................................... 31
Politique des gouvernements ....................................................................................................................... 31
Un peu de patriotisme… .............................................................................................................................. 31
Belenos Clean Power ............................................................................................................................... 31
Ecole d’ingénieur d’Yverdon .................................................................................................................. 32
EPFL......................................................................................................................................................... 32
Quelques entreprises importantes dans le domaine des piles à combustible ............................................. 32
Conclusion.................................................................................................................................................... 33
Bibliographie ................................................................................................................................................ 35
Annexes ........................................................................................................................................................ 37
Questions aux entreprises ........................................................................................................................ 37
Email à Toyota, 22 mai 2008 .............................................................................................................. 37
Email Renault, 22 mai 2008 ................................................................................................................ 38
Email EPFL, 7 mai 2008 ..................................................................................................................... 38
Email Shell, 22 mai 2008 .................................................................................................................... 40
Email Total, 22 mai 2008 .................................................................................................................... 41
Email Romande-Energie, 22 mai 2008 ............................................................................................... 41
4
Introduction
« - il faut l’espérer, répondit Gédéon Spilett, car enfin sans charbon, plus de machines, et sans
machines, plus de chemins de fer, plus de bateaux à vapeur, plus d’usines, plus rien de ce qu’exige le
progrès de la vie moderne !
- mais que trouvera-t-on ? Demanda Pencroff. L’imaginez-vous, Monsieur Cyrus ?
- à peu près, mon ami.
- et qu' est-ce qu’on brûlera à la place du charbon ?
- l' eau, répondit Cyrus Smith.
- l' eau, s’écria Pencroff,
L’eau pour chauffer les bateaux à vapeur et les locomotives, l’eau pour chauffer l’eau !
- oui, mais l’eau décomposée en ses éléments constitutifs, répondit Cyrus Smith, et décomposée, sans
doute, par l’électricité, qui sera devenue alors une force puissante et maniable, car toutes les grandes
découvertes, par une loi inexplicable, semblent concorder et se compléter au même moment. Oui,
mes amis, je crois que l' eau sera un jour employée comme combustible, que l' hydrogène et l'
oxygène, qui la constituent, utilisés isolément ou simultanément, fourniront une source de chaleur et
de lumière inépuisables et d' une intensité que la houille ne saurait avoir. Un jour, les soutes des
steamers et les tenders des locomotives, au lieu de charbon, seront chargés de ces deux gaz
comprimés, qui brûleront dans les foyers avec une énorme puissance calorifique. Ainsi donc, rien à
craindre. Tant que cette terre sera habitée, elle fournira aux besoins de ses habitants, et ils ne
manqueront jamais ni de lumière ni de chaleur, pas plus qu’ils ne manqueront des productions des
règnes végétal, minéral ou animal. Je crois donc que lorsque les gisements de houille seront épuisés,
on chauffera et on se chauffera avec de l’eau. L’eau est le charbon de l’avenir. »
L’île mystérieuse, Jules Verne, 1874
La hausse du prix du pétrole, l’épuisement des puits de pétrole ainsi que le réchauffement climatique
nous obligent à trouver des moyens de production d’énergie indépendants des hydrocarbures.
Une technologie, déjà inventée en 1839 semble revenir d’actualité pour produire cette énergie ; il
s’agit de la pile à combustible.
La pile à combustible fonctionne sur un principe très simple. D’un coté, on insère de l’hydrogène et de
l’autre, de l’oxygène. Grâce à un catalyseur, ces deux éléments réagissent ensemble et créent de
l’électricité, de la chaleur et de l’eau.
Il n’y a donc aucune émission lors de la production d’électricité et les rendements électrochimiques
s’élèvent jusqu’à 80%, soit plus de 5 fois plus que celui d’un moteur thermique! Toutefois, ces
résultats deviennent moins intéressants lorsque l’on prend en compte la production et le stockage de
l’hydrogène, qui nécessitent beaucoup d’énergie.
Comment fonctionne une pile à combustible ? Comment produire et stocker l’hydrogène de façon
efficace ? Quand ce vecteur d’énergie sera-t-il dans nos commerces ? Quand les piles à combustible
remplaceront-elle les moteurs thermiques de nos voitures, la batterie de nos téléphones portables ou
les chauffages à mazout de nos maisons ? Quel sera le prix d’une pile à combustible ? Ou tout
simplement, arrivera-t-elle à s’imposer sur un marché de l’énergie contrôlé par les géants pétroliers ?
Ce sont des questions auxquelles j’essaierai de répondre dans ce travail de maturité.
5
Histoire de la pile à combustible
L’histoire de la pile à combustible commence déjà en 1800 avec l’invention de l’électrolyse par deux
scientifiques anglais, William Nicholson et Sir Anthony Carlisle. Ce nouveau procédé consiste à
séparer des molécules d’eau en molécules d’oxygène et d’hydrogène. Pour ce faire, il faut faire passer
un courant électrique dans de l’eau.
Mais la première personne qui observe le principe de la pile à combustible est le chimiste allemand,
puis suisse, Christian Friedrich Schönbein. C’est en 1838 que, pendant une expérience d’électrolyse de
l’eau, il coupe le courant et constate qu’un faible courant électrique de sens inverse au courant qu’il
utilisait pour faire l’électrolyse, se forme pendant un petit moment.
Christian Schönbein relate son expérience dans une lettre à son ami et collègue anglais William Robert
Grove, rencontré à un meeting à Birmingham en 1839. Grove se met alors à travailler sur ce sujet. Il
invente une pile à combustible hydrogène-oxygène avec des électrodes en platine et un électrolyte
d’acide sulfurique. Il l’appelle batterie à gaz car, contrairement aux batteries chimiques classiques, les
électrodes ne se transforment pas chimiquement pendant la réaction. Grove décrit l'effet comme
l'électrolyse inverse et en reconnaît la portée comme moyen de production d'énergie électrique.
En 1845, William Robert Grove revendique l’invention de la pile à combustible à la place de Christian
Schönbein.
La pile à combustible tombe dans l’oubli pendant les années suivantes au profit des moteurs
thermiques et des piles électriques car elle n’est pas assez rentable.
Toutefois, la pile à combustible subira quelques améliorations comme l’insertion d’un catalyseur en
platine et l’amélioration de l’électrolyte par Dr. Ludwig Mond et son assistant Charles Langer en
1889. En 1921, prenant en compte la cinétique (étude de la vitesse des réactions chimiques), Erwin
Baur crée une pile à combustible qui fonctionne à 1000°C de manière à ce que la réaction soit plus
efficace.
Mais ce n’est qu’en 1932 que Dr. Francis T. Bacon remplace le platine des électrodes par du nickel et
il crée un électrolyte alcalin. Cette innovation rend la pile moins coûteuse et plus rentable. En 1959, il
présente une pile de 5 kilowatts, ce qui est suffisant pour activer une machine à soudure. Il l’appelle
« pile Bacon ». Cette pile ouvre la voie à celles qui seront utilisées par la suite dans le domaine spatial.
Le premier véhicule fonctionnant avec une pile à combustible est un tracteur électrique qui a été créé
en 1959 par Allis-Chalmers Manufacturing Company.
Dans les années 60, des prototypes naissent dans tous les domaines : une pile à combustible est
emmenée dans les missions Apollo, un sous-marin américain en est aussi équipé.
L’industrie de l’automobile ne se mettra développer des piles à combustible qu’en 1973, avec le
premier choc pétrolier. Cette crise booste la recherche sur les piles à combustible partout dans le
monde. Des améliorations seront relevées dans tous les éléments de la pile, des électrolytes à la
production d’hydrogène. DuPont met au point la membrane Nafion qui sert d’électrolyte.
Des nouveaux combustibles remplacent l’hydrogène, de nouveaux types de piles sont découverts.
En 1977, une pile de 1 mégawatt est mise en place à New York, suivie en 1983 par une autre pile à
combustible de 4,5 mégawatts.
Tandis que la recherche continue en Amérique du Nord et au Japon grâce à des financements de l’Etat,
l’Europe, excepté l’Allemagne, ralentit dans la course à la pile à combustible pendant les années 80 :
malgré quelques succès, la pile a une courte durée de vie et coûte très cher.
Les années 90 relancent lentement le domaine de la pile à combustible grâce à une prise de conscience
du réchauffement climatique. D’autre part, les premiers prototypes de véhicules voient le jour et les
progrès technologiques permettent de construire des piles plus performantes.
6
Depuis la fin des années 90, l’intérêt pour les recherches s’accroit de plus en plus à cause du prix en
hausse du pétrole. Beaucoup de projet voient le jour dans le monde entier, même si le marché est
largement dominé par l’Amérique du Nord et le Japon.
7
Fonctionnement de la pile à combustible et différents types
Généralités
Le principe de la pile à combustible consiste à faire réagir de l’hydrogène et de l’oxygène pour obtenir
de l’électricité. C’est en fait le procédé inverse de l’électrolyse, qui sépare l’oxygène et l’hydrogène de
la molécule d’eau en faisant passer un courant électrique. La pile à combustible crée de l’eau, de la
chaleur et de l’électricité à partir d’hydrogène et d’oxygène.
Équation chimique de l’électrolyse : 2H2O + énergie → 2H2 + O2
Équation chimique de la pile à combustible : 2H2 + O2 → 2H2O + énergie
La pile à combustible se différencie du moteur à explosion car il n’y a justement pas d’explosion. La
décomposition des molécules d’hydrogène et d’oxygène puis la construction d’une molécule d’eau se
fait en deux phases. Ce qui permet une circulation d’électrons entre les deux points de réaction,
l’anode et la cathode, et donc une production d’électricité.
La somme des deux réactions est exothermique, ce qui veut dire que de la chaleur s’en dégage. La pile
à combustible va alors produire d’une part de l’électricité mais aussi de la chaleur.
On dénombre actuellement six principaux types de piles à combustible qui diffèrent selon leur la
nature de l’électrolyte, des électrodes et du combustible: les piles alcalines (AFC), les piles à
membrane échangeuse de protons (PEMFC), les piles directes au méthanol (DMFC), les piles à acide
phosphorique (PAFC), les piles à carbonate fondu (MCFC) et les piles à oxyde solide (SOFC)
Type de pile
Nom
AFC
Alcaline
Cell
Electrolyte
Solution KOH
Ions
dans
l’électrolyte
Température de
fonctionnement
Combustible
Oxydant
Domaines
d’application
O2 (pur)
Spatial, portable,
transport
Maturité
Commercialisé,
développement
Environ 60%(26)
Rendement
électrique
PEMFC
Proton Exchange
Fuel Cell
DMFC
Direct Methanol
Fuel Cell
PAFC
Phosphoric
Acide Fuel Cell
Membrane
polymère
conductrice de
protons
H+
Acide
phosphorique
OH-
Membrane
polymère
conductrice de
protons
H+
60-90°C(26)
60-100°C(26)
H2
H2 ( p u r o u
reformé)
Air
Transport,
portable,
cogénération
Commercialisé,
développement
Environ 40%(26)
Fuel
SOFC
Solid Oxyd Fuel
Cell
H+
MCFC
Molten
Carbonate Fuel
Cell
Li2CO3
et
KCO3 fondus
dans une matrcie
de LiAlO2
CO32-
90-120°C(26)
180-220°C(9)
600-660°C(9)
700-1050°(9), (26)
CH4O
H2 ( p u r
reformé)
Air
Stationnaire
H2 ( p u r o u
reformé)
Air
Stationnaire,
H2 ( p u r
reformé)
Air
Stationnaire
Développement
Développement
Développement
Environ 40%(26)
Environ 50%(26)
Environ 55%(26)
Air
Portable,
transport,
stationnaire
Commercialisé,
développement
ou
Tableau 1: caractéristiques principales des différents types de pile à combustible
8
ZrO2 et Y2O3
O2-
ou
AFC (Alkaline Fuel Cell)
Les piles à combustible du type AFC
sont actuellement les plus
développées. Elles ont été inventées
par Francis T. Bacon en 1932 et sont
utilisées depuis la fin des années 50.
Leur première application concrète
date du début des années 60 avec les
premières missions spatiales habitées.
Leur principale caractéristique est leur
électrolyte : elle est constituée d’une
solution saturée d’hydroxyde de
potassium (KOH). L’électrolyte est
donc liquide. Le catalyseur de l’anode
est en nickel ou en platine-palladium.
Figure 1: Principe de fonctionnement d'une pile à
Celui de la cathode est en charbon actif.
combustible AFC(25)
La température de fonctionnement de la
pile à combustible alcaline varie entre 60 et 90°C. La plupart des AFC fonctionnent à pression
atmosphérique(9). Elles ne nécessitent donc pas de compresseur. Certaines peuvent pourtant
fonctionner à plus haute température et pression. C’est le cas de la pile de Bacon qui demande une
pression de 40 à 50 bars pour fonctionner entre 200 et 230°C(2).
Le dihydrogène (H2) est amené à la cathode. Il réagit alors avec de l’hydroxyde (HO-). Cette réaction
crée de l’eau (H2O) et des électrons (e-).
H2 + 2OH- → 2H2O + 2eLes électrons circulent par un circuit extérieur jusqu’à la cathode, où ils réagissent avec de l’eau (H2O)
et du dioxygène (O2). Ce processus crée de l’hydroxyde (HO-) qui recharge l’électrolyte.
2H20 + O2 + 4e- → 4HOLe désavantage de ce genre de pile se trouve dans la pureté de l’oxygène et de l’hydrogène. Il ne faut
pas qu’ils proviennent du reformage ou de l’air, car s’ils contiennent du CO2, la réaction suivante se
produit :
CO2 + 2HO- → CO32- + H2O
La connectivité de l’électrolyte s’en trouve alors réduite car ces composés s’y mélangent. Il est donc
nécessaire d’utiliser de l’hydrogène et de l’oxygène purs ou du moins purifiés, qui sont chers et
nécessitent de l’énergie. Par contre, l’électrolyte alcalin supporte très bien les impuretés comme CO et
NH3. En outre, il peut sortir facilement du réservoir car il est liquide et il peut être changé en cas
d’intoxication.
Les AFC donnent un bon rendement avec 60%(26) de l’énergie de la réaction transformée en électricité
et 30% que l’on peut récupérer en chaleur. Les piles alcalines n’utilisent pas de métaux précieux
comme le platine dans les électrodes et n’ont pas besoin de compresseur, ce qui réduit
considérablement le prix et les mènent en première place du rapport Prix/Puissance avec environ 200
$/kW(3).
La tension d’une pile AFC est d’environ 0,75 volt par stack (élément combinable de la pile), ce qui est
supérieur à celle des PEMFC. Enfin, les AFC ont une durée de vie assez longue grâce au fait que l’on
peut les arrêter sans difficulté même pour une courte période (6 heures(3)).
9
PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell)
La pile à combustible à membrane échangeuse de
proton(PEMFC), ou pile à combustible à électrolyte
polymère solide(SPEFC), ou encore pile à combustible à
membrane échangeuse d’ions, est la pile sur laquelle se
portent actuellement le plus de recherches.
Sa naissance remonte à la fin des années 60 avec
l’invention de la membrane Nafion par l’entreprise
DuPont. Il s’agit d’une membrane en polymère
synthétique, qui fait office d’électrolyte. Elle laisse
passer les ions d’hydrogène mais pas les électrons. La
membrane a besoin d’être humidifiée par de l’eau
liquide pour fonctionner. Cela implique que la pile ne
peut fonctionner que jusqu’à 100°C.
Les catalyseurs des électrodes sont faits à partir de
platine. Un autre élément important des PEMFC
consiste dans les plaques bipolaires. Ce sont des plaques
de carbone percées de trous de 0,8mm(9) pour amener le
gaz dans la pile. Elles doivent être conductrices. Enfin,
les plaques de diffusion permettent aux gaz et aux
électrons d’atteindre les électrodes à partir des plaques
Figure 2 : Principe de fonctionnement d’une
bipolaires ; elles sont donc poreuses et conductrices.
pile à combustible PEMFC(25), schéma
Ainsi, le dihydrogène est amené à la plaque de diffusion
interactif(1)
par les minis canaux de la plaque bipolaire puis il arrive
à l’anode. Il se dissocie en cations et en électrons. Cette
réaction a besoin d’eau.
2Pt + H2 → 2PtH
PtH+H2O → Pt + H3O+ + eH3O+ → H2O + H+
Les Ions d’hydrogène traversent la membrane polymère jusqu’à la cathode tandis que les électrons
retraversent la plaque de diffusion puis entrent dans le circuit électrique extérieur à partir de la plaque
bipolaire puis rejoignent la cathode de la même manière.
Au niveau de la cathode, une réaction encore plus complexe a lieu et donne finalement :
O2 + 4H+ + 4e- → 2H20
La réaction est exothermique, beaucoup de chaleur est évacuée avec l’eau et le reste sert à chauffer la
pile. La chaleur de l’eau peut être récupérée. Les piles à membrane échangeuses de protons ont pour le
moment un rendement d’environ 60 %.
Ce rendement pourrait être plus élevé en faisant fonctionner ces piles à plus haute pression, ce qui
impliquerait la nécessité d’un compresseur, qui consomme beaucoup d’énergie. Le rendement peut
aussi être élevé en augmentant la température de fonctionnement. C’est pour cette raison que les
recherches portent actuellement sur de nouvelles membranes capables de résister à des températures de
160 à 180°C.
La PEMFC a comme avantage de ne pas avoir de température élevée, ainsi, elle se met en marche
rapidement. C’est la pile qui nourrit le plus d’espoirs dans l’industrie de l’automobile et de
l’électronique portable (ordinateur, téléphone, …).
10
De plus, elle n’est que très peu sensible au CO2, elle peut donc utiliser de l’hydrogène reformé et
même l’oxygène directement contenu dans l’air.
Par contre elle est très sensible au CO, qui empoisonne les électrodes en platine : elles ne supportent
que 10 ppm(9). La pile a besoin d’un purificateur.
Un autre inconvénient est le système complexe de circulation d’eau. La membrane doit être humide
mais l’eau produite par la réaction de l’oxygène et de l’hydrogène doit pouvoir être évacuée. De plus,
les prix de la membrane, des électrodes et des plaques bipolaires sont élevés, ce qui rend les PEMFC
actuellement inaccessible à la commercialisation.
DMFC (Direct Methanol Fuel Cell)
La pile à combustible DMFC est une
sous-catégorie des piles à membrane
échangeuse de proton.
Son système est donc le même que
celui d’une PEMFC. Elle a comme
caractéristique d’utiliser du méthanol
comme carburant.
Le méthanol est l’un des seuls réactifs
connus qui est susceptible de fournir
l’hydrogène nécessaire à faire
fonctionner une pile à combustible.
Pour l’utiliser, on amène un mélange
d’eau et de méthanol à l’anode. Ce
mélange réagit pour donner des cations
d’hydrogène, des électrons et du
Figure 3 : Principe de fonctionnement d’une pile à combustible
dioxyde de carbone.
+
DMFC(16)
CH3OH + H2O → 6H + 6e + CO2
Comme dans une PEMFC classique, les ions d’hydrogène passent à travers la membrane et les
électrons circulent dans un circuit extérieur vers la cathode. Le CO2 est rejeté hors de la pile.
A la cathode, une réaction semblable à celle des PEMFC nous donne de l’eau à partir de l’oxygène,
des ions d’hydrogène et des électrons.
O2 + 4H+ + 4e- → 2H20
La somme des réactions de l’anode et de la cathode est exothermique. De la chaleur doit être évacuée
avec l’eau car la pile fonctionne à basse température.
En effet, le méthanol a une température d’ébullition de 65°C. Comme il doit rester liquide, la pile ne
doit pas dépasser cette température.
Le grand avantage de cette pile vient de son carburant qui est liquide à pression et à température
ambiantes. On peut donc le stocker sans contrainte. De plus, malgré son rendement actuellement faible
(20-30%(26)), les piles DMFC ont des performances (Wh/kg) cinq fois supérieures à celles d’une
batterie Li-Ion, ce qui lui ouvre la porte du domaine de l’électronique portable.
11
PAFC (Phosphoric Acide Fuel Cell)
La pile à combustible à acide phosphorique est
actuellement à un stade de développement avancé. Les
recherches ont débuté dans les années 70, et des
modules de PAFC ont été installés depuis le début des
années 90. Les scientifiques ont pu alors les tester à long
terme.
Ce type de pile a un électrolyte en acide phosphorique
liquide. Contrairement à l’AFC, l’électrolyte ne circule
pas, il est immobilisé dans une matrice poreuse. On peut
donc le considérer comme une membrane.
Les électrodes sont en carbone recouvert d’une fine
couche de platine (30 microns). Des plaques
d’interconnexion poreuses permettent aux gaz
d’atteindre les électrodes et aux électrons d’entrer dans
le circuit extérieur.
d’une
Les réactions sont à peu près les mêmes que pour une Figure 4 : Principe de fonctionnement
pile à combustible PAFC(25)
PEMFC. A la cathode, l’hydrogène se décompose en
ions positifs et en électrons.
2H → 2H+ + 2eLes ions d’hydrogène passent alors dans l’électrolyte pour arriver à la cathode. Comme l’électrolyte ne
laisse pas passer les électrons, ils doivent alors passer par un circuit extérieur pour atteindre eux aussi
la cathode. A la cathode se passe une oxydation de l’hydrogène, ce qui engendre de l’eau.
4H+ + 4e- + O2 → 2H2O
La température de fonctionnement du système se situe entre 180 et 210°C, l’eau produite ressort donc
sous forme de vapeur.
La pile à acide phosphorique est une pile spécialement dédiée à un usage stationnaire. En effet, la pile
n’est pas faite pour s’arrêter car il ne faut pas que la température de l’électrolyte se retrouve en
dessous de 42,35°C, température de fusion de l’acide phosphorique; il se solidifierait.
La relativement haute température de fonctionnement rend les électrodes moins sensibles au
monoxyde de carbone, la pile peut donc tolérer jusqu’à 1%(9) du volume du combustible en CO.
L’électrolyte étant insensible au CO2, les PAFC peuvent utiliser de l’hydrogène reformé sans qu’il soit
purifié.
La pile fonctionne à pression ambiante et la température se maintient toute seule, elle n’a donc pas
besoin de compresseur ou de chauffage externe. De plus, la PAFC obtient des rendements très bons :
55%(26) en rendement électrique et près de 30%(15) en rendement calorifique, ce qui représente plus de
80% de rendement total. Cependant, ces rendements diminuent avec le temps d’utilisation.
L’électrolyte s’évapore et les électrodes sont corrodées par le milieu acide de la pile.
MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell)
Les piles à combustible à carbonate fondu font partie de la deuxième génération. Elles sont en effet
des piles à combustible qui fonctionnent à haute température (600 à 660°C). Pour cette raison, leur
application se réduit au régime stationnaire.
12
L’électrolyte est composé d’un
mélange de carbonate de lithium
(Li2CO3) et de carbonate de
potassium
( K2CO3)
à
concentration respective de 62 et
38%. A température de
fonctionnement, l’électrode est
liquide.
Les électrolytes ne contiennent
cette fois-ci pas de platine. Elles
sont principalement constituées
de nickel.
Les plaques d’interconnexion Figure 5 : Principe de fonctionnement d’une pile à combustible MCFC
(9)
situées derrière les électrodes avec reformage interne
permettent aux gaz d’arriver
aux électrodes et aux électrons d’atteindre le circuit électrique externe. Elles sont donc
microscopiquement perforées et conductrices.
Les ions qui traversent l’électrolyte sont des molécules de CO32-. A l’anode, il y a oxydation de
l’hydrogène par du CO32-.
2H2 + 2CO32- → 4e- + 2H2O + 2CO2
Les électrons passent dans le circuit externe et à la cathode, de l’oxygène et du dioxyde de carbone
entrent en réaction. Le CO2 vient de la réaction de l’anode.
O2 + CO2 + 4e- → CO32L’électrolyte est alors rechargé.
On peut aussi utiliser de l’hydrogène reformé avec les piles MCFC. Dans ce cas-ci, la réaction à
l’anode sera
H2 + CO + 2CO32- → 4e- + H2O + 3CO2
Pour la même raison que pour les DMFC, on peut obtenir des résultats similaires en utilisant
directement du méthane, du méthanol, de l’éthanol et du charbon gazéifié.
Grâce à la haute température de fonctionnement de la pile, il est possible d’avoir un reformage interne.
Il utilise la chaleur de la pile, cela augmente donc le rendement total de la pile, qui peut atteindre
jusqu’à 60%(9) de rendement électrique et 85%(25) de rendement total.
Néanmoins, La haute température de cette pile augmente la corrosion des électrodes par l’électrolyte.
De plus, il faut faire attention de ne pas noyer les électrodes dans l’électrolyte.
Les piles à combustible du type MCFC n’utilisent pas de métaux coûteux, elles sont donc relativement
peu onéreuse.
SOFC (Solid Oxid Fuel Cell)
Les piles à combustible à oxyde solide font partie des piles à haute température. Elles fonctionnent de
700 à 1000°C. Comme pour les MCFC, elles ont donc un usage stationnaire.
Il existe deux structures possibles pour les SOFC. La première est tout à fait standard, elle fonctionne
par couches : une plaque bipolaire, une anode, un électrolyte, une cathode et une autre plaque
bipolaire. L’autre a une structure en cylindre. De l’oxygène passe dans un tuyau, les bords du tuyau
sont la cathode. Une couche supérieure sert d’électrolyte. Celle-ci est aussi recouverte d’une autre
couche : l’anode. Autour des tuyaux se trouve de l’hydrogène.
13
Leur électrolyte est fait en céramique. Il
s’agit le plus souvent de zircone stabilisée
à l'yttrium. Il permet une grande
conductivité des ions d’oxygène tout en
étant solide.
Les électrodes sont aussi céramiques.
Ainsi, une réaction d’oxydation de
l’hydrogène par les ions d’oxygène se
déroule à l’anode.
H2 + O2- → H2O + 2eLes électrons circulent jusqu’à la cathode
en passant par le circuit extérieur tandis
que simultanément, quatre électrons
Figure 6 : Principe de fonctionnement d’une pile à
entrent en réaction avec une molécule de
combustible SOFC(25)
dioxygène à la cathode
O2 + 4e- → 2O2L’électrolyte est de nouveau chargé d’ions d’oxygène.
Dans ce type de pile, il n’y a plus que deux phases, le solide et le gazeux. On supprime ainsi tous les
problèmes liés à l’empoisonnement des électrodes par l’électrolyte ou par les gaz.
De plus, la haute température de fonctionnement permet un bon rendement allant jusqu’ 70%(25)
14
Production d’Hydrogène
La pile à combustible a besoin d’oxygène et d’hydrogène pour fonctionner. Malheureusement, même
si ce dernier est l’atome le plus courant de l’univers, il ne se trouve pas naturellement à l’état pur sur
Terre. Il s’agit d’un vecteur énergétique, non d’une source d’énergie primaire. Il faut donc le fabriquer,
et pour cela il existe plusieurs méthodes.
Vaporeformage
Les hydrocarbures sont des composés organiques qui contiennent du carbone et de l’hydrogène. Leur
formule chimique s’écrit sous la forme CnHm(n et m sont des nombre entiers). On compte notamment
dans la liste des hydrocarbures le pétrole, le charbon et le méthane
Le principe du vaporeformage consiste à extraire l’hydrogène des molécules d’hydrocarbure. Pour
cela, les hydrocarbures sont mis en présence de vapeur d’eau et de chaleur. La réaction suivante se
produit alors :
CnHm + 2nH2O → (m/2 + 2n)H2 +nCO2
Cette méthode est très utilisée pour produire industriellement de l’hydrogène. 95%(17) de la production
mondiale d’hydrogène suit ce procédé. Les principaux avantage de cette méthode de production
d’hydrogène résident dans la simplicité et la rapidité du procédé, son haut rendement énergétique
(jusqu’à 45%(25)), l’existence du matériel nécessaire pour la réaction, et jusqu’à présent, l’abondance
des hydrocarbures. Son dernier avantage est l’utilisation d’une source thermique et non électrique pour
la réaction, ce qui est moins cher.
Pourtant, avec l’épuisement des ressources fossiles, le vaporeformage ne semble pas disposer d’un
grand avenir. De plus, ce moyen de production d’hydrogène génère beaucoup de CO2 et de particules
fines qui se trouvent dans les impuretés des hydrocarbures, ce qui augmente l’effet de serre. Ce n’est
donc pas une méthode très adaptée pour fournir le combustible à une technologie qui se veut propre.
Le dernier grand désavantage du vaporeformage vient du fait que le dihydrogène produit contient
beaucoup d’impuretés, ce qui nécessite une purification de l’hydrogène avant de l’utiliser dans les
piles à combustible. Cette étape requière également de l’énergie.
Même si le vaporeformage est actuellement le moyen de production d’hydrogène le plus utilisé, et
qu’il est nécessaire pour une période de transition, c’est une évidence qu’il ne sera pas une méthode
viable à long terme.
Electrolyse à basse température
L’électrolyse est le moyen de produire de l’hydrogène qui est connu depuis le plus longtemps. Le
procédé est très simple : on sépare des molécules d’eau pour créer des molécules d’hydrogène et
d’oxygène.
Pour ce faire, on fait passer un courant électrique dans l’eau entre deux électrodes (l’anode et la
cathode). A la cathode, le pôle négatif, un électron rentre en réaction électrochimique avec une
molécule d’eau.
2H2O +2 e- → H2 + 2OHUne molécule de dihydrogène se forme
A l’anode, le pôle positif, se produit la réaction suivante
15
2H2O → O2 + 4H+ + 4eLa réaction globale consomme de l’énergie.
Cette méthode donne un rendement théorique de 90%(25), mais à l’heure actuelle elle est toutefois
moins avantageuse financièrement que de produire l’hydrogène à partir du vaporeformage :
notamment parce qu’elle utilise de l’énergie électrique, qui est
nettement plus chère que l’énergie thermique. D’autre part, ce
rendement n’est que théorique et ne se réfère qu’à la
conversion d’énergie électrique en énergie chimique. Si l’on
considère que l’électricité utilisée a été produite à partir
d’énergie nucléaire, on n’obtient un rendement global de 25 à
40%(26).
Elle présente pourtant l’avantage de n’être pas polluante si
l’on utilise de l’électricité produite écologiquement. D’autre
part, les deux corps simples formés par électrolyse sont très
purs, ce qui augmente le rendement des piles à combustible et
permet de les utiliser dans tous les types de piles.
C’est donc une solution écologique qui sera
vraisemblablement utilisée dans un futur proche.
Toutefois, son utilisation se limitera vraisemblablement à un
niveau individuel car la réaction est lente et ne peut pas
produire de grandes quantités d’hydrogène dans un court laps
de temps.
C’est aussi le moyen de production d’hydrogène sur lequel se
base l’entreprise suisse Belenos Clean Power. La société
fonctionnement de
proposera d’ici 2010 un système d’électrolyse de l’eau à partir de Figure 7 : Principe de
l’électrolyse de l’eau(25)
panneaux solaires. Une installation produira la quantité
d’hydrogène nécessaire à une voiture.
Electrolyse à haute température
Hydrogen Perspective 2007
L’électrolyse à haute température fonctionne sur le même principe que l’électrolyse à basse
température. La différence fondamentale réside dans le fait que la transformation se produit non pas
avec de l’eau à température ambiante mais avec de l’eau entre 100 et 1000°C(25), donc à haute
température.
L’avantage vient du fait que l’on obtient de meilleurs rendements électrochimiques à haute qu’à basse
température (41% à 100°C, 64% à 850°C(25)). Autrement dit, il faut moins d’électricité pour
transformer l’eau en hydrogène et oxygène. En effet, les réactions se produisent plus facilement à
haute qu’à basse température.
Si le rendement électrochimique de l’électrolyse à haute température est élevé, il faut toutefois
chauffer l’eau à haute température pour que la réaction se produise (31), ce qui utilise tout autant
d’énergie que la différence de rendement électrochimique entre une électrolyse à haute et à basse
température.
L’électrolyse à haute température reste quand même plus avantageuse pour produire de l’hydrogène
industriellement que celle à basse température car l’énergie thermique est significativement moins
chère que l’énergie électrique.
16
Bien que l’on puisse obtenir de l’eau chaude grâce à des collecteurs d’énergie solaire (four solaire) ou
avec la géothermie, le principal espoir de cette méthode est d’utiliser l’eau à très haute température qui
sera produite par les réacteurs nucléaires de 4ème génération VHTR. Ce type de réacteur permet de
produire de l’hydrogène en même temps qu’il produit de l’électricité(12).
Cette méthode industrielle a l’avantage de ne pas se baser sur une source d’énergie fossile. Elle
présente toutefois les mêmes désavantages que l’énergie nucléaire actuelle, soit de produire des
déchets radioactifs
Figure 8 : Principe de fonctionnement d’un réacteur nucléaire VHTR avec production
d’hydrogène(12)
Cycles thermochimiques
Ce principe de production d’hydrogène utilise des réactions chimiques à cycle fermé pour décomposer
de l’eau en oxygène et en hydrogène. Les réactions chimiques à cycle fermé utilisent des réactifs
intermédiaires qui se recyclent intégralement.
Bien que cette méthode ne soit pas encore sortie des laboratoires, elle a de grandes chances d’obtenir
une place importante dans la production d’hydrogène car elle n’est pas polluante et n’utilise que de
l’énergie thermique pour transformer l’eau.
Les recherches se portent actuellement majoritairement sur une série de réactions iode-soufre qui se
produit à plus de 800°C(5). C’est la réaction de Bunsen. Une série de quatre réactions se produisent
avec l’iode et le soufre pour transformer l’eau en dihydrogène et en dioxygène, et à la fin du cycle
l’iode et le soufre reprennent leur forme primaire. Il n’y a donc pas de déchet à part l’énergie grise,
soit l’énergie nécessaire pour concevoir le système et ses composants.
D’autre part, comme seule l’énergie thermique est nécessaire pour faire fonctionner le système, il est
possible de l’utiliser avec les mêmes sources que l’électrolyse à haute température, soit le nucléaire,
les fours solaires et la géothermie.
17
Photosynthèse
Les plantes utilisent pendant la photosynthèse du dioxyde de carbone CO2 et de l’eau H2O pour créer
du sucre C6H12O6 et du dioxygène O2. Le processus se déroule en deux phases. Premièrement, l’eau est
décomposée grâce à l’énergie solaire :
12H2O + lumière → 6O2 + énergie chimique (24 H)
Puis, l’hydrogène s’associe avec le dioxyde de carbone pour créer de l’eau et de l’oxygène.
6CO2 + énergie chimique (24 Hydrogènes) → C6H12O6 + 6H2O
Le principe du bio hydrogène consiste à prélever une partie de l’hydrogène produit tout en laissant une
quantité suffisante pour que la plante survive.
Généralement ces réactions se produisent au même endroit de la plante et de façon simultanée. On
observe que lorsqu’il y a un surplus d’oxygène (lorsque l’on prélève l’hydrogène), la réaction
s’interrompt. Ce qui rend impossible la production d’hydrogène supplémentaire(10).
Pourtant, chez certaines algues, les deux réactions se produisent à des endroits différents, ce qui
permet le prélèvement de l’hydrogène. Les recherches se portent actuellement principalement sur deux
algues nommées Chlamydomonas reinhardtii et Chlamydomonas moeweesi(6).
Ce mode de production d’hydrogène a le grand avantage d’utiliser directement l’énergie du soleil, ce
qui améliore le rendement énergétique. Celui-ci a dépassé le seuil des 10% en laboratoire en 2006(29).
Tasios Melis, université de Berkeley : « We've done some calculations, to displace gasoline use in the
US would take hydrogen farms covering about 25,000 square kilometres. »(22)
Ainsi la surface du Texas suffirait à pourvoir aux besoins mondiaux en hydrogène(18).
Figure 9 : Résumé des modes de production d'hydrogène avec les rendements(32)
Nous pouvons voir sur cette figure que les moyens de production d’hydrogène sont nombreux. Il y a une
perte d’énergie à chaque étape de la production. Il faut multiplier les rendements de ces étapes pour
pouvoir apercevoir le rendement total de la production d’hydrogène.
Produire de l’hydrogène grâce à de l’énergie cinétique (barrage, vent, …) puis avec l’électrolyse semble
être la solution présentant le meilleur rendement. Ce mode de production est aussi un des plus
écologiques. Toutefois, il ne s’agit pas du moins cher. C’est pour cette dernière raison que 95% de
l’hydrogène produit sur Terre vient des hydrocarbures.
18
Stockage de l’hydrogène
L’hydrogène est un gaz hautement inflammable et très volumineux. Il se liquéfie à -253°C et passe au
travers de beaucoup de matériaux grâce à la petite taille de ses atomes.
C’est donc un gaz très difficile à stocker. Or, le réservoir idéal pour une application automobile serait
léger, peu volumineux, sécuritaire, et rapidement remplissable. Même si ce réservoir n’est
qu’imaginable, il existe actuellement plusieurs moyens, plus ou moins simples, efficaces et coûteux
d’atteindre ce but.
Stockage sous forme liquide
Le stockage d’hydrogène sous forme liquide est une solution certes intéressante, car il contient
presque 800 fois plus d’énergie par unité volumique sous forme liquide à -253°C que sous forme
gazeuse à 0°C et à pression ambiante, mais difficile à réaliser car l’hydrogène se liquéfie à environ 253°C. C’est le deuxième gaz après l’hélium qui se liquéfie à la plus basse température.
Le réservoir a généralement une double couche entre lesquelles il y a du vide ou des isolants pour qu’il
n’y ait pas de pertes thermiques par convection. Toutefois, à une température si basse, elles sont
inévitables. Vont avec, à cause du phénomène de boil off, des pertes de combustibles. En effet, lorsque
qu’un fluide contenu dans un réservoir inextensible se dilate, une partie de la substance sort du
réservoir pour compenser la dilatation. Toutefois, on arrive aujourd’hui à les limiter à 1%
d’évaporation par jour.
Il faut aussi le liquéfier, ce qui demande 30% de l’énergie que peut fournir le gaz, soit un rendement
énergétique de 77%(9).
Ce système de stockage prend peu de place mais est aussi cher et peu efficace énergétiquement, ce qui
rend difficile son application pour le grand public. Toutefois, il correspond parfaitement aux
applications spatiales(7).
Stockage gazeux sous haute pression
L’hydrogène étant un gaz léger et volumineux, il faut le compresser le plus possible pour que l’énergie
contenue dans un réservoir soit intéressante. Les bombonnes actuelles peuvent atteindre jusqu’à 350
bars mais des améliorations considérables sont à venir.
Les réservoirs que l’on trouve actuellement sur le commerce sont faits en métal, mais des réservoirs en
polymère sont en cours de recherche. En effet, pour les applications mobiles, les bombonnes de métal
sont trop lourdes.
Les fuites constituent également une caractéristique à prendre en compte car les molécules de
dihydrogènes sont très petites et traversent beaucoup de matériaux, même certains métaux. Comme
l’hydrogène est très volatile et inflammable, il faut absolument éviter toutes les fuites.
D’autre part les réservoirs doivent être résistants aux chocs (surtout pour les applications mobiles) car
les explosions sont très dangereuses avec des réservoirs à haute pression.
La compression de l’hydrogène demande de l’énergie et un système de refroidissement. On peut
estimer que 10% de la capacité calorifique de l’hydrogène est nécessaire pour le compresser à 700
bars(9).
19
Charbon actif
Le charbon actif fonctionne comme une éponge : il absorbe l’hydrogène et l’attache sur la surface de
ses nombreuses cavités. L’hydrogène gazeux est alors inclus dans une matière solide, plus facilement
maniable. Ce système permet de stocker relativement peu d’hydrogène à pression et à température
ambiante (0,5% de la masse du charbon(9)) mais lorsqu’il est refroidi à -165°C et mis à 60 bars, sa
capacité augmente significativement (8%(9)). Sa capacité d’absorption peut encore augmenter
lorsqu’on lui sculpte une morphologie différente, comme des nanotubes ou des nanofibres.
Nanotubes
Des nanotubes d’un diamètre de moins d’un nanomètre peuvent être percés dans du carbone grâce à
des décharges électriques ou des lasers. La surface active augmente alors considérablement. Il est
possible de stocker 2 à 3 % du propre poids du carbone à condition normale et jusqu’à 20% si l’on
augmente la pression et que l’on diminue la température.
Nanofibres
Les nanofibres représentent l’inverse des nanotubes : ce sont des fibres de carbone de quelques
nanomètres de diamètre qui sont comprimées les unes sur les autres. La densité d’hydrogène que l’on
peut y stocker est très variable : elle se situe entre 10 et 65% de leur propre masse selon les modes
opératoires. On peut les doper avec du potassium pour augmenter la capacité de stockage.
Fullerènes
Les fullerènes sont des molécules de carbone
dont la structure ressemble à de
microscopiques ballons de football.
Ce procédé de stockage d’hydrogène est
encore totalement théorique, mais quand
même intéressant pour les raisons expliquées
ci-dessous.
Le principe consiste à stocker les petites
molécules de dihydrogène à l’intérieur des
plus grandes molécules de carbone. Cela
permet de stocker l’hydrogène sous la forme Figure 10(24): Station service à hydrogène et schéma de
d’une poudre qui ressemble à du graphite. fullerènes
Selon les schémas théoriques, on pourrait
placer jusqu’à près de 60 molécules de dihydrogène à l’intérieur d’un seul mini réservoir(24) !
Il ne reste plus qu’aux ingénieurs de réussir à construire cette molécule de carbone, que l’on ne trouve
pas dans la nature, et de trouver un moyen d’insérer l’hydrogène à l’intérieur !
20
Hydrure métallique
Certains métaux comme le Magnésium, le Palladium, ZrMn2 ou Mg2Ni ou alliages de métaux (MgMg2Ni) ont la capacité de créer des liaisons chimique avec le dihydrogène dans certaines conditions et
donc de le stocker.
Pour permettre à l’hydrogène de se fixer aux métaux, il faut le mettre sous pression et haute
température. Il suffit ensuite de baisser cette pression et cette température pour que l’hydrogène se
sépare du métal.
La technologie a l’avantage d’être sans danger, mais la densité d’hydrogène n’est pas encore
satisfaisante (jusqu’à 8% du poids du métal(9)), ce qui fait des réservoirs trop lourds pour être
transportés dans une voiture. D’autre part, les hydrures métalliques sont chers.
NaBH4
Le borohydrure de sodium est une poudre blanche qui a la particularité d’émettre du dihydrogène
lorsqu’il est en contact avec de l’eau. C’est une chance pour le stockage d’hydrogène car il en contient
beaucoup dans un petit volume.
La firme Millenium Fuel Cell a mis au point un catalyseur permettant de faciliter le dégagement
d’hydrogène. Cette méthode semble donc avoir un avenir, car elle permet de stocker de l’hydrogène en
quantité importante dans un matériau sécuritaire. Toutefois, il reste des problèmes notamment avec le
coût de production du NaBH4 et surtout le fait qu’il faudra recycler le NaBO2 obtenu après la réaction
avec l’eau.
Ammoniac
L’ammoniac est un gaz qui se liquéfie à -33°C sous pression atmosphérique ou à température
ambiante sous 8 bars. Sa formule chimique est NH3, il contient donc de l’hydrogène.
Un litre d’ammoniac liquide contient environ 1,7 fois plus d’hydrogène qu’un litre d’hydrogène
liquide, ce qui lui confère des propriétés intéressante pour le stockage d’hydrogène.
En effet, il suffit d’un catalyseur d’oxyde de nickel est d’une source de chaleur pour que ses éléments
se séparent de la manière suivante : 2NH3 + 92,5 kJ → 3H2 + N2
Malheureusement, ce dihydrogène qui sort du cracker contient toujours 25% d’azote et des traces
d’ammoniac(25), ce qui ne le rend utilisable qu’avec les piles à combustible du type AFC. De plus, il
faut que les piles soient équipées d’un cracker, ce qui diminue le rendement.
Cette méthode a néanmoins l’avantage d’avoir un pré-combustible presque aussi facile à manipuler
que de l’essence.
L’ammoniac ne se trouve pas dans la nature mais on le trouve en grande quantité car il est produit
industriellement pour servir d’engrais à partir de reformage d’hydrocarbures. Sa production nécessite
donc une émission de CO2 et de particules fines, ce qui représente un désavantage du point de vue
écologique.
Méthanol
Le méthanol est un alcool que l’on obtient à partir du reformage du gaz naturel. Sa formule chimique
est CH4O.
21
Comme pour l’ammoniac, son principal avantage est de contenir beaucoup d’hydrogène et d’être
liquide, ce qui le rend facilement transportable.
Ce combustible ne convient toutefois qu’aux piles à combustible du type DMFC, qui l’utilisent
directement (sans séparer l’hydrogène des autres composants).
Contrairement aux autres types de piles, ces dernières émettent du CO2, ce qui diminue fortement leur
intérêt.
Pourtant, c’est un moyen de stockage efficace et que l’on peut miniaturiser, le domaine de
l’électronique portable semble lui porter un grand intérêt.
22
Applications
Les piles à combustible ont de nombreux domaines d’applications. Chaque type de pile a des
spécificités et est plus ou moins adaptés à une certaine utilisation.
Avec le prix montant des hydrocarbures et la récente prise de conscience du réchauffement climatique,
les nouvelles technologies innovantes, alternatives et propres, ont le vent en poupe. Si la pile à
combustible fait assurément partie de ces « technologies du futur », elle n’est pourtant pas la seule.
Pour se rendre compte de la vraisemblance de la commercialisation de la pile à combustible au grand
public, il faut prendre en considération les critères tels que le prix, l’efficacité, la praticité, la durée de
vie ainsi que la comparaison avec les autres technologies qui offrent les même résultats.
Spatial
Le domaine spatial a été le premier à utiliser des piles à combustible. Dès la conception des premières
piles à combustible efficaces dans les années 60, les organisations comme la NASA ont vu la grande
utilité qu’elles pouvaient avoir dans les appareils destinés à aller dans l’espace.
Autant dans les vols habités qu’inhabités, ces générateurs d’électricité sont très pratiques. Ils
permettent de fournir l’électricité pour les appareils qui se trouvent à bord au moment où il est
nécessaire sans avoir des pertes d’énergie continues comme cela se passe avec les batteries normales.
Ainsi, les piles à combustible de type AFC alimentaient les premiers vols habités tel que Gemini et
Apollo. Elles fournissaient de l’électricité aux appareils de bord et surtout, elles permettaient
d’alimenter en eau les passagers du vol. En effet, l’eau qui sort des piles à combustible est totalement
potable, vu qu’elle ne contient pas d’impuretés.
N’atteignant qu’une puissance de quelques kilowatts, les piles à combustible ne sont pas utilisées
comme moyen de propulsion de l’engin spatial mais pour alimenter les appareils électriques (qui
abondent dans une fusée). Les piles actuellement utilisées sont du type PEMFC.
Les combustibles utilisés dans les vols spatiaux sont du dihydrogène et du dioxygène totalement purs
car ce sont purs qu’ils sont les plus efficaces. Contrairement aux piles qui se trouvent dans
l’atmosphère, on ne peut pas trouver l’oxygène dans l’air environnant. Des bombonnes de gaz ont
donc été emportées dans les vols.
Les piles à combustible ne sont pourtant pas utilisées que dans les vols habités. C’est le cas notamment
d’une pile crée par l’ingénieur en électricité David Bents et son équipe. Sa grande particularité est
qu’elle fonctionne en circuit fermé. En fait, elle est conçue pour fournir en électricité une future station
lunaire. Comme la surface de la lune se retrouve dans la nuit parfois pendant 334 heures d’affilée,
qu’il n’y ni vent ni eau, il est difficile de produire de l’électricité en permanence. C’est pour cela que
cette pile à combustible à circuit fermé a été conçue : elle donne de l’énergie lorsqu’on en a besoin
(c'est-à-dire pendant la nuit car les panneaux solaires ne peuvent pas fonctionner) et lorsqu’il fait jour,
elle inverse son mécanisme et retransforme l’eau qu’elle a crée quelques heures plus tôt en hydrogène
et en oxygène grâce à l’apport en électricité des panneaux solaires. Et tant qu’il n’y a pas de pièces qui
cassent ou de combustible qui fuit, ce processus peut fonctionner indéfiniment.
Elle n’a donc pas besoin d’être rechargée en combustibles depuis l’extérieur, elle fonctionne
exactement comme une batterie conventionnelle à l’exception près qu’elle fournit quatre fois plus
d’énergie qu’une pile de même poids(20).
23
En résumé, les avantages que les piles à combustible ont sur les autres moyens de production
d’énergie dans l’espace sont :
• Un meilleur rapport énergie/poids que les batteries conventionnelles
• Pas de rejet de CO2 et donc pas de gaspillage d’oxygène, comme les moteurs à combustion
d’essence en produisent
Sous-marins
Les piles à combustible sont intéressantes dans les sous-marin pour la même raison que dans les vols
spatiaux : donner à boire aux occupants du submersible tout en alimentant en électricité les ordinateurs
et appareils électroniques de bord sans gaspiller d’oxygène.
Siemens est actif dans la production de piles à combustible du type PEMFC dans les sous-marins.
L’entreprise fournit des systèmes à différents gouvernements (Allemagne, Grèce, Italie, Corée du Sud)
d’une puissance de quelques centaines de kilowatts(30), permettant ainsi aux sous-marins de pouvoir se
mouvoir avec très peu de bruit, sur de longues distances et sans avoir à faire surface pour fournir en air
les moteurs diesel des sous-marins standards. Les piles à combustible permettent aux sous-marins
d’avoir les capacités de la propulsion nucléaire sans pour autant l’utiliser car le nucléaire n’est pas
écologique et est dangereux.
Bateaux
Les piles à combustible sont facilement intégrables à des petits bateaux. En effet, ils disposent
habituellement d’une place suffisante pour stocker l’hydrogène et une pile à combustible.
La pile à combustible, généralement de types PEMFC ou DMFC donne l’énergie de propulsion
nécessaire au moteur électrique de l’embarcation.
Ne donnant pas une autonomie assez grande, la pile à combustible est souvent associée à des panneaux
solaires, qui donnent de l’énergie pour quelques heures de navigation en plus.
C’est le cas notamment d’un bateau conçu par l’école d’ingénieur d’Yverdon, l’Hydroxy 3000(13). Son
autonomie est de 15 heures (12 avec l’hydrogène) et il est destiné à la navigation sur les lacs et
canaux.
Même si ce sont en général les petits bateaux qui utilisent la pile à combustible, ce n’est pas pour
autant que les grands navires ne l’utilisent pas. Autant comme moyen de propulsion que pour les
appareils et les besoins électriques de bord, les piles à combustible devraient être utilisées dans les
navires commerciaux d’ici peu. La marine norvégienne a d’ailleurs un projet d’équiper sa flotte d’un
système de propulsion à pile à combustible PEMFC utilisant du gaz naturel reformé(23). Cela réduirait
de 50% les émissions de CO2 et éliminerait les émissions de NOx.
Dans les gros navires, la liste des piles à combustible utilisables s’élargit aux piles à hautes
températures, qui sont plus rentables dans les utilisations de longue durée.
Couplées à des systèmes d’aide à la propulsion, comme des cerfs-volants géants servant de voile aux
paquebots (11), les piles à combustible pourraient révolutionner le transport maritime, permettant des
baisses de consommation de carburants de plus de 50% par rapport aux systèmes diesel actuels.
24
Automobile
L’automobile représente l’espoir principal des piles à combustible. C’est en effet dans les transports
routiers qu’il y a actuellement le plus de gaspillage d’énergie. La pile à combustible pourrait alors être
une solution pour remplacer l’inefficacité énergétique des moteurs actuels à combustion. Pourtant, ce
n’est pas une partie gagnée d’avance.
La plupart des marques de voitures investissent dans la recherche sur les piles à combustible. Le type
le plus couru est la pile à membrane échangeuse de proton PEMFC. C’est sur ce schéma que sont
misés les plus grands espoirs dans l’industrie automobile. En effet, ce sont des piles assez développées
et qui ont prouvé leur efficacité. Toutes les marques de voitures, ou presque, sont d’accord sur le fait
que c’est le type qui sera développé pour la commercialisation des voitures à pile à combustible.
Les piles à combustible peuvent être soit seules à assumer la puissance du moteur électrique, soit être
secondées d’une batterie classique, qui donne l’énergie supplémentaire pendant les grandes
accélérations. Il existe aussi des systèmes où ce sont les batteries qui assument le gros de la
consommation du moteur et la pile à combustible n’est qu’une aide. Ces derniers sont moins efficaces
car trop lourds.
Les piles à combustible offrent une série d’avantages. Elles permettent une conduite plus agréable car
elles ne produisent ni son ni vibration et la réaction d’un moteur électrique est immédiate,
contrairement aux moteurs à combustion. La différence de capacité d’un moteur électrique est aussi
notable car on peut passer de 0 à 130 km/h sans changer de vitesse.
Même les personnes qui font très peu de trajets avec leur voiture trouvent qu’une voiture électrique
avec 100 à 150 km d’autonomie est trop peu. A l’inverse les voitures diesel qui ont avec un plein une
autonomie de plus de 1000 km prennent la tête du classement et ont de ce fait de plus en plus de
ventes. Les constructeurs automobiles ont vite compris que les voitures basées sur la pile à
combustible ne se vendraient pas avant d’avoir la même autonomie qu’une voiture à essence normale,
soit environ 700 km. Depuis juin 2008, c’est fait ! Le prototype Toyota FCHV-adv compte une
autonomie de presque 800 km(18).
Malheureusement, quelques gros obstacles s’opposent à la commercialisation des voitures à
hydrogène. Premièrement, le prix est encore nettement trop élevé pour la commercialisation. Ce qui
est normal car il s’agit de prototypes. Mais cela devrait s’améliorer avec la production en masse.
L’hydrogène est aussi actuellement plus cher que l’essence, mais ce n’est que provisoire car les
ressources pétrolières se tarissent. Deuxièmement, la durée de vie n’est pas suffisante pour un tel
investissement, elle n’est que de 2 à 5 ans.
Un peu plus technique, le troisième grand désavantage est la rapidité de démarrage d’une pile à
combustible, qui est bien plus lent que celle d’un moteur à combustion. Pour cela, elle nécessite une
batterie classique en supplément, ce qui alourdit considérablement le véhicule.
Le dernier et plus important obstacle à surmonter constitue le stockage d’hydrogène. C’est en effet un
gaz très volumineux et difficile à entreposer dans une voiture en quantité suffisante pour avoir une
autonomie intéressante.
Une série de prototypes fonctionnant avec une pile à combustible ont déjà étés conçus. Les marques
qui dominent le marché sont actuellement Toyota, Honda et GM. Elles sont suivies de peu par Daimler
Chrysler.
Aviation
Les avions de ligne et les petits avions utilisent aujourd’hui des moteurs à combustion pour voler.
Malheureusement, à une certaine altitude l’oxygène devient plus rare. Ils fonctionnent donc moins
25
bien et gaspillent encore plus d’hydrocarbures que les voitures. De ce fait, les transports aériens sont
responsables de 10% du réchauffement climatique
Les piles à combustible permettraient de révolutionner les transports aériens grâce à une meilleure
efficacité. Toutefois, elles ne sont pas encore prêtes à avoir la puissance nécessaire pour faire décoller
un avion de ligne.
Il existe pourtant déjà des prototypes d’avion fonctionnant à la pile à combustible. L’un d’eux s’est
envolé début 2008. Il s’agit d’un planeur à moteur biplace construit par Boeing. Equipé d’une batterie
pour le décollage, il a ensuite volé grâce à sa pile à combustible PEMFC pendant 20 minutes(1).
Si la pile à combustible n’est pas encore utilisée dans les avions habités et ne semble pas être
concluante pendant un certain temps, elle semble correspondre parfaitement à l’usage des drones car
elle est silencieuse et efficace(27).
Un autre type d’application aérienne pour les piles à combustible est l’avion à haute altitude. Pour
cela, des piles à hydrogène à cycle fermé se rechargeant grâce à des panneaux solaires le jour et
distribuant de l’énergie la nuit permettent à un petit avion de voler sur de très longs trajets (voir
application spatiale).
Comme avec les voitures un des problèmes est le stockage d’hydrogène. Pour cela, peut-être qu’ils
devraient utiliser les propriétés physiques de l’hydrogène (il est moins lourd que l’air) et baisser la
pression des réservoirs pour faire flotter l’avion dans l’air. Toutefois, cela ressemblerait plus à une
montgolfière qu’à un avion…
Stationnaire
La pile à combustible représente le moyen idéal pour la génération d’électricité à petite et moyenne
échelle. Elles fournissent de l’électricité et de la chaleur, et comme les habitations ont besoin
d’électricité et de chauffage, les pertes d’énergies sont minimisées.
Contrairement aux autres applications, la taille et le poids des piles a peu d’importance dans le
domaine stationnaire, le choix des types de pile est alors plus vaste. On distingue deux types de piles :
les piles à haute et à basse température. Les piles à haute température (SOFC et MCFC) sont les mieux
adaptées à la cogénération d’électricité et de chaleur tandis que celles à basse température
(principalement PEMFC et PAFC) servent à la génération d’électricité et de chaleur pour une
habitation ou un petit groupe d’habitation.
Nous avons déjà un certain recul sur les applications stationnaires des piles à combustible étant donné
qu’on les utilisait déjà dans les années 70. Le principal avantage des piles dans ce type d’application
vient du fait qu’elles peuvent fournir en même temps de l’électricité et de la chaleur. La récupération
de cette dernière se fait grâce à une turbine. Grâce à cette double utilisation, les rendements sont
proches de 100%.
Avec en plus un combustible « propre », la pile à combustible a un très grand avenir dans cette
application. Pourtant, on utilise actuellement du gaz naturel comme combustible, que l’on reforme
directement dans la pile.
La puissance des piles va de quelques kilowatts à quelques mégawatts. Le champ d’applications
stationnaires est donc très grand.
La pile à combustible peut être utilisée pour la production d’eau chaude, de chauffage, d’électricité
pour tous les jours ainsi que de système de sécurité en cas de panne électrique. Elle peut être utilisée
pour une maison ou alors tout une ville.
Les piles à combustible sont actuellement utilisées de manière isolée dans quelques groupes
d’habitations, de bâtiments administratifs, ainsi que pour la cogénération pour de quartiers de villes
26
telles que Paris et New York. Si elles ne sont pas plus répandues, c’est principalement dû à leur prix,
qui reste nettement plus élevé que les moyens de cogénération habituels.
Portable
Un gros problème des appareils électroniques portables actuels vient du manque d’autonomie. En
effet, il est nécessaire de les charger très souvent (une batterie actuelle d’ordinateur portable a une
autonomie de 2 à 4 heures et un téléphone portable ne résiste guère à plus de 6 heures de conversation)
est ce n’est généralement jamais au bon moment que la batterie est vide. Grâce aux piles à
combustible, il n’y a plus ce problème. L’autonomie ne dépend que du réservoir de combustible. Et
lorsque la pile arrive au bout de son combustible, il suffit de la remplir d’hydrogène ou de méthanol.
Les types de piles les plus étudiés pour les applications portables sont les PEMFC et les DMFC. Ce
sont en effet des piles qui fonctionnent à faible température, ce qui élimine le problème des circuits de
refroidissement. Mais le problème qui se pose est celui de la miniaturisation, il y a une différence de
taille entre les piles de 1 mégawatt que l’on utilise dans le stationnaire et celles de 1 à 10 watts que les
appareils électroniques portables nécessitent. Et il s’agira de faire entrer des parties essentielles de la
pile telles qu’une pompe dans un espace pas plus grand qu’une batterie de téléphone portable actuelle.
Les combustibles doivent être soit de l’hydrogène, soit du méthanol, car il faudrait autrement intégrer
un mini reformeur dans la pile à combustible, ce qui serait beaucoup trop cher et compliqué.
Quelques firmes (Ballard, Siemens,…) produisent déjà depuis quelques années des prototypes de piles
à combustible miniatures. Cependant, elles ne seront pas de taille à rivaliser avec les batteries
classiques pendant quelques années encore. Leur prix est encore trop élevé pour une
commercialisation à grande échelle.
27
Comparaisons
Batterie électrique
Les batteries électriques diffèrent des piles à combustible car c’est leur électrode même qui se
désintègre pour créer de l’électricité et non pas un combustible. Après utilisation, il suffit de faire
passer de l’électricité dans la batterie pour que les électrodes se reforment et que la batterie se
recharge.
Ce système pourrait fonctionner théoriquement jusqu’à l’infini. Pourtant, il y a des pertes de capacité à
chaque cycle et peu de batteries résistent à plus de 500 cycles.
Comme pour les piles à combustible, il existe plusieurs types de batteries. Celles qui sont les plus
susceptibles de concurrencer les piles à combustible sont les batteries Lithium-Ion.
Elles sont utilisées dans le commerce depuis déjà une quinzaine d’années, et leurs propriétés sont plus
intéressantes que les autres accumulateurs car elles ont une meilleure densité énergétique, elles n’ont
pas d’« effet mémoire » et elles n’ont presque pas d’autodécharge.
Elles ont cependant un potentiel moins élevé que les piles à combustible car ces dernières peuvent
stocker près de 4 fois plus d’énergie par unité de masse. En outre, elles disposent d’une recharge
immédiate et facilement transportable, ce qui n’est pas le cas de l’électricité.
Les batteries classiques ont peut-être un rendement énergétique meilleur que les piles à combustible,
mais si l’on compte l’épuisement plus rapide et les matériaux toxiques plus nombreux qu’elles
contiennent, leur énergie « grise » est plus importante en comparaison des piles à combustible.
Air comprimé
Qui n’a jamais joué avec des petites voitures à ressort ? Le principe est simple : il suffit de compresser
le ressort pour qu’il entraine les roues de la voiture pendant sa détente. C’est exactement de la même
manière que fonctionne les moteurs à air comprimé.
Dans une première phase, il faut utiliser un compresseur pour comprimer l’air dans une bombonne à
300 bars. Puis dans la deuxième phase, on utilise l’air comprimé pour actionner des pistons et faire
avancer de véhicule.
C’est ce concept que Guy Nègre a exploité et adapté à quelques prototypes. Il arrive à obtenir une
vitesse de 100 km/h et une autonomie de 200 km(19) rien qu’avec l’air comprimé. Idéal pour la
circulation en ville, mais trop faible pour rouler à l’extérieur de celle-ci. Pas de problème, son moteur
peut aussi être boosté en injectant de l’essence dans les pistons et le véhicule peut alors rouler à plus
de 140 km/h !
Et le coût n’est pas un obstacle car les premières voitures seront bientôt en vente dans le commerce à
partir de 3500 €(19). Le coût du « combustible » n’est pas non plus un problème car il suffit d’avoir un
compresseur qui fonctionne sur une prise standard pour le fabriquer soi-même et regonfler les
réservoirs en 3 minutes(19).
L’air comprimé est donc un système idéal pour faire mouvoir une voiture pour une utilisation citadine.
Il manque malheureusement de succès, certainement dû aux lobbys pétroliers.
28
Moteur à combustion
Hydrogène
L’hydrogène n’est pas seulement utilisable dans les piles à combustible. On peut également l’utiliser
dans un moteur à combustion. Il offre des résultats un tout petit peu meilleurs que l’essence, mais il a
une série d’inconvénients. Il cumule les désavantages des moteurs à combustion, soit un mauvais
rendement et en plus ceux de l’hydrogène, soit un stockage et une production difficile.
Ainsi, si l’hydrogène doit être utilisé comme vecteur d’énergie, c’est dans une pile à combustible et
non dans un moteur à combustion.
Essence
L’essence a le grand avantage d’être un vecteur d’énergie que l’on trouve directement (ou presque, car
il faut raffiner le pétrole) dans la nature. Elle n’a donc pas besoin d’être produite comme l’hydrogène,
ce qui améliore son rendement de la source aux roues de la voiture. Pourtant, même les bonnes choses
ont une fin : elle est en voie de disparition. En effet, son usage intensif depuis plus d’un siècle est en
voie de vider les stocks planétaires de pétrole. Et comme il faut des milliers d’années pour qu’il se
produise, autant dire qu’il ne sera d’ici quelques décennies plus une source d’énergie.
De plus, et surtout, la combustion du pétrole émet beaucoup de gaz carbonique, ce qui contribue au
réchauffement climatique, et émet des particules fines, ce qui est nuisible à la santé.
Le principal avantage des moteurs à combustion à essence réside dans la parfaite connaissance qu’on
en a, étant donné que cela fait depuis la fin du 19ème siècle qu’on les utilise : leur efficacité a pu ainsi
être considérablement optimisée avec le temps. L’essence est aussi un carburant fantastique car il
contient énormément d’énergie dans un petit volume (même à 700 bars, l’hydrogène gazeux ne
contient que 4,6 fois moins d’énergie que l’essence).
On peut aussi considérer l’aspect financier : les moteurs à essence sont bien moins chers que les piles à
combustible (entre autre parce qu’ils sont produits industriellement). Et enfin, ils sont soutenus par les
différents lobbys pétroliers, qui financent en partie leur développement et les défendent sur le plan
politique. Ces lobbys ne sont pas des moindres lorsque l’on considère les sommes considérables qu’ils
ont gagné pendant le 20ème siècle et qu’ils gagnent encore actuellement.
Gaz naturel
Le gaz naturel constitue l’échappatoire des géants pétroliers. On donne effectivement encore 30 à 50
ans de réserve de pétrole sur Terre si l’on continue à le consommer au rythme actuel. La réserve de
gaz naturelle, quant à elle, est estimée à 130 ans(4).
Ainsi, l’industrie pétrolière peut garder le contrôle des transports uniquement en se diversifiant dans
un carburant semblable à l’essence. Même celle-ci nous présente le gaz naturel comme un carburant
« propre » : en fait il n’est que plus propre que l’essence, mais il émet tout de même du gaz carbonique
et des particules fines en quantités significative pendant sa combustion.
Les moteurs au gaz naturel fonctionnent de la même manière que les moteurs à essence. Le problème
de rendement des moteurs thermique est un petit peu moindre avec le gaz naturel, mais il n’est pas
supprimé.
Ainsi, le gaz naturel ne constitue pas une révolution dans le domaine du transport et du chauffage ; il
représente une continuation dans les énergies fossiles et non-renouvelables.
Biocarburant
Le biocarburant était une source d’énergie du futur. Cependant, sa production nécessite de grandes
surfaces arables. Ce qui pose l’énorme problème suivant : faut-il avoir un carburant relativement
29
écologique à mettre dans sa voiture et laisser les personnes du tiers-monde mourir de faim à cause des
terres que l’on utilise pour créer les biocarburants et non pas pour cultiver de la nourriture, ou faut-il
garder de quoi nourrir la population mondiale et utiliser d’autres technologies plus éthiques pour
produire de l’énergie ?
La réponse me semble évidente et bien que certains ne l’ont pas encore comprise car le biocarburant
est favorable à leur porte-monnaie (il s’agit des pays avec une grande surface arable comme les EtatsUnis et le Brésil), on ne peut pas considérer le biocarburant comme susceptible d’être utilisé à grande
échelle dans le futur.
30
Prix et durée de vie
Les piles à combustible sont actuellement des prototypes. On ne peut donc pas donner le prix auquel
nous les achèterons lorsqu’elles seront commercialisées, car elles ne sont pas encore produites
industriellement et à grande échelle. Toutefois, selon les études de marché, il ne faut pas que les piles à
combustible soient plus chères que les autres moyens de production d’énergie pour qu’elles puissent
avoir une chance sur le marché. Or elles sont actuellement plus de 100 fois plus chères(9) en
comparaison des moteurs à combustion dans le domaine automobile, et 20 à 50% trop chères(9) dans le
domaine stationnaire.
La durée de vie est aussi une caractéristique qui nécessite d’être compétitive avec les autres moyens de
production d’énergie pour que la pile à combustible soit commercialisable. Dans les applications
automobiles, elles atteignent quelques milliers d’heures pour les meilleures et 40'000 heures(9) dans le
stationnaire. Il y a donc du chemin à faire pour concurrencer les moteurs thermiques, qui durent des
décennies.
Politique des gouvernements
Les gouvernements du monde entier semblent s’intéresser aux nouvelles technologies susceptibles de
remplacer le pétrole depuis la hausse du prix de celui-ci. L’Union européenne investit 600 millions
d’Euro(28) tandis que George Bush a débloqué un crédit de 1,2 milliards de dollars en 2003. Les
recherches ont donc un financement substantiel pour avancer, et de plus les investissements publics ne
sont pas les seuls : il y a aussi les privés.
Les projets gouvernementaux fleurissent aussi un peu partout. Ainsi, l’Europe soutient le projet
Hychain (réseau de distribution et d’utilisation d’hydrogène), une dizaines de villes ont des bus à
hydrogène, etc.
Un peu de patriotisme…
Belenos Clean Power
Nicolas Hayek se veut écologique jusqu’au bout ! Il avait déjà créé la smart il y a quelques années et il
investit maintenant dans un système qui permettrait à chaque individu de pouvoir produire
l’hydrogène nécessaire pour faire rouler une voiture, et ceci écologiquement.
L’entreprise, basée à Bienne, a été créée en 2007 et conçoit, en collaboration avec l’institut Paul
Scherrer et le Groupe E, un système composé de panneaux solaires, d’un électrolyseur et d’une voiture
à pile à combustible (PEMFC)(14).
Hormis la production de ces éléments, l’entreprise participe à l’élaboration de panneaux solaires à
haute performance et à la miniaturisation des électrolyseurs domestiques.
Le système devrait être commercialisé d’ici à 2010(28). Toutefois, il reste quelques obstacles à la
commercialisation : le prix est de l’ordre de 50'000 francs suisses(28) seulement pour la pile à
combustible, qui de plus n’a qu’une durée de vie de 500 heures(28). Le but est de réduire
considérablement le prix et allonger de 5 à 10 fois la durée de vie.
31
Ecole d’ingénieur d’Yverdon
La HEIG-VD a une section de génie électrique, dans laquelle une partie des travaux sont dirigés sur la
pile à combustible. Leurs projets aboutis sont des petites embarcations nommées Hydroxy 100, 300 et
3000, destinées à naviguer sur les canaux et lacs suisses. L’autonomie des bateaux est de plus de 10h à
une vitesse de 12km/h(13).
EPFL
L’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne compte un groupe d’une quinzaine de personnes
(doctorants, professeurs et chercheurs) qui travaillent dans le cadre d’une collaboration entre le
laboratoire d'énergétique industrielle (LENI) et le groupe de génie électrochimique (GGEC) de l'EPFL
sur des piles à combustible SOFC. (Voir annexes)
Quelques entreprises importantes dans le domaine des piles à combustible
•
•
•
•
Ballard Power System, basée au canada, est le premier producteur de piles à combustible. Il
produit la plupart des types de piles et est actif dans tous les domaines.
Honda, Toyota, GM, Daimler Chrysler sont les principaux constructeurs automobiles à
investir dans la propulsion à pile à combustible.
Air Liquide, Linde Gaz, Millenium Fuel Cell sont les principaux concepteurs de réservoirs et
de technique pour le stockage d’hydrogène.
Les principaux producteurs d’hydrogène sont les groupes pétroliers (par reformage
d’hydrocarbures).
32
Conclusion
La pile à combustible n’est pas aussi simple que son concept ne le paraît. En effet, il ne suffit pas de
mettre en contact de l’hydrogène et de l’oxygène pour qu’il en résulte de l’eau et de l’électricité. En
pratique le système est compliqué et nécessite la mise au point de nouvelles technologies. Il s’agit
d’augmenter le rendement et la durée de vie, tout en diminuant sensiblement le prix de la technologie.
En d’autres termes, la pile à combustible est un rêve des physiciens, mais un cauchemar des
ingénieurs. Des milliards de francs sont nécessaires pour mettre au point une technologie accessible au
grand public et concurrencer les moyens de production/stockage d’énergie actuels. Des améliorations
et des innovations sont à faire dans tous les domaines avant que la pile puisse être commercialisée
pour le grand public. Il ne s’agit pas que de la pile elle-même, mais aussi de toute l’infrastructure
qu’elle requière. Il faut inclure dans la recherche sur les piles à combustible la production de
l’hydrogène, car contrairement aux hydrocarbures, on ne le trouve pas à l’état naturel sur notre
planète : l’hydrogène n’est pas une source mais un vecteur d’énergie. Le stockage de l’hydrogène est
aussi à considérer : étant un gaz très volumineux, il faut trouver des moyens sûrs d’en mettre le plus
possible dans un espace le plus petit possible.
Excepté dans le domaine de l’électronique portable où la technologie de la pile à combustible risque
de bientôt faire surface, la pile à combustible risque donc de ne pas être accessible au grand public
avant une dizaine d’années. Les problèmes ne sont pas que de l’ordre technique, mais aussi financier.
Le monde actuel est basé sur l’argent. Sans preuve d’efficacité, personne ne veut investir. Et sans
investissement, la pile à combustible ne peut prouver son efficacité. C’est le problème de la poule et de
l’œuf. Faut-il d’abord développer l’infrastructure nécessaire à un réseau de distribution d’hydrogène à
grande échelle, en sachant qu’il n’y aura qu’une faible demande dans les prochaines années ou faut-il
commencer par développer la pile à combustible et la rendre utilisable et abordable au grand public
avant d’avoir de quoi la faire fonctionner ?
Les entreprises pétrolières préfèrent donc continuer à utiliser la ressource sûre, mais éphémère, qu’est
le pétrole et utiliser leur lobby pour écarter la commercialisation à court terme de cette technologie
concurrente. C’est un choix qui leur est très certainement pour le moment favorable, mais qui n’est pas
réfléchit et viable à long terme.
Considérant l’épuisement des hydrocarbures et les problèmes écologiques de ceux-ci, c’est maintenant
qu’il faut agir, avant qu’il ne soit trop tard ! Il ne faut pas se dire que l’on n’est qu’un être humain
parmi plus de sept milliards et que seuls les Etats et les grandes puissances financières peuvent
promouvoir la pile à combustible. Avec une prise de conscience globale des problèmes de pollution
actuels, même si l’on est incapable de pouvoir s’acheter une voiture à pile à combustible, on peut agir
en faveur des moyens de production d’énergie respectant l’environnement. Pour cela, il faut changer
ses habitudes et par exemple prendre les transports publics au lieu de la voiture, car si les producteurs
de voitures ne voient que leurs produits ont moins de succès qu’auparavant, cela les incitera à investir
dans le changement et dans les technologies propres.
Malheureusement, la pile à combustible n’est pas une solution miracle. Elle est certes supérieure aux
technologies habituellement utilisées aujourd’hui, mais elle a quand même un impact sur
l’environnement : Son énergie grise n’est pas nulle et son combustible nécessite de l’énergie pour être
produit.
Que la technologie du futur soit la pile à combustible ou une autre forme d’énergie, elle ne pourra pas
éliminer les pertes d’énergie, donc la pollution, elle ne pourra que les réduire. C’est pour cela qu’il
faut changer ses habitudes et optimiser ses consommations d’énergie. Mettre un pull au lieu d’allumer
le chauffage, acheter des produits de proximité, aller chez son voisin à pied plutôt qu’en voiture,
33
changer ses ampoules avec les économiques, passer ses vacances dans le Valais plutôt que d’aller voir
des ours blancs au pôle Nord(il faut absolument en voir dans leur habitat naturel avant qu’ils ne
disparaissent, c’est si beau !) sont des gestes qui ne nuisent pas à notre santé et qui préservent notre
planète. Il est vital de les faire dès aujourd’hui !
34
Bibliographie
1. 20 Minuten. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur http://www.20minutes.ch.
2. AFH2. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur http://www.afh2.org.
3. Apollo Energy Systems INC. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.electricauto.com.
4. Association Suisse de l’Industrie Gazière. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.gaz-naturel.ch.
5. CEA. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.cea.fr/var/plain/storage/original/application/d4a24026911a17934680f8e3086b176
8.pdf.
6. CEA. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur http://www-dsv.cea.fr/themes-derecherche/marquage-structure-et-ingenierie-des-biomolecules/production-d-hydrogene-stablea-partir-d-algues.
7. CEA. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.cea.fr/jeunes/themes/les_nouvelles_energies/l_hydrogene/distribution_et_stockage
_de_l_hydrogene.
8. CEA. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.132.166.172.2/fr/pedagogie/swf/Pile/pile.htm.
9. Corbeau, A.-S. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur http://www.annso.freesurf.fr/.
10. EDD. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.acces.inrp.fr/eedd/climat/dossiers/energie_demain/hydrogene/hydrogenephotsynth
ese.
11. Enerzine.com. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur http://www.enerzine.com/3/1655+Unnavire-cargo-tracte-par-un-cerf-volant+.html.
12. GEN-4 International Forum. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur http://www.gen-4.org.
13. HEIG-VD. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur http://www.iese.heig-vd.ch/hydroxy.
14. l'Hebdo. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.forumdes100.com/2007/08/voiture-propre-.html.
15. Loganenergy. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur http://www.loganenergy.com.
16. Manhattan Scientifics INC. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur http://www.mhtx.com/.
17. Ministère français de l'enseignement supérieur et de la recherche. (s.d.). Consulté le octobre
21, 2008, sur http://www.science.gouv.fr.
18. Moteur Nature. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur http://www.moteurnature.com.
19. Motor Development International. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur http://www.mdi.lu/.
20. NASA. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.nasa.gov/directorates/esmd/home/lunar_fuel_cell.html.
21. NASA. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.nasa.gov/vision/earth/technologies/18mar_fuelcell.html.
22. New Scientist. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.environment.newscientist.com/channel/earth/energy-fuels/mg18925401.600.
23. Norvège. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.norvege.no/business/maritime/eidesvik.htm.
24. Popular Mechanics. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.popularmechanics.com/science/research/4256976.html?series=19.
25. Public. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur http://www.wikipedia.org.
35
26. SARL Clevacti. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur http://www.techno-science.net/.
27. Team Smartfish GmbH. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.smartfish.ch/index.cfm/fuseaction/show/path/1-59-123.htm.
28. Télevision Suisse Romande. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.tsr.ch/tsr/index.html?siteSect=500000&channel=emission#program=178736;vid=
8515863.
29. The Register. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.theregister.co.uk/2006/02/24/pond_scum_breakthrough/.
30. Thyssenkrupp Marine Systems. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur http://www.tkmarinesystems.de/products.html?product=30&subprod=8&detail=11.
31. U.S. Departement of Energy. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.eere.energy.gov/.
32. University of Sheffield. (s.d.). Consulté le octobre 21, 2008, sur
http://www.iop.org/activity/groups/subject/comb/Events/file_7093.pdf.
36
Annexes
Questions aux entreprises
Email à Toyota, 22 mai 2008
Bonjour,
Je suis un étudiant de 2eme année au gymnase Auguste Piccard et je fais un travail de maturité sur les
piles à combustible.
J'aimerais vous poser quelques questions à ce sujet.
• Développez-vous des piles à combustible? Si oui, de quels types et pour quelle application?
• Pensez-vous que la pile à combustible ait un grand avenir?
• Etant déjà un leader dans les voitures bimodes (Prius), est-ce que dominer le marché
automobile de la pile à combustible est un objectif prioritaire de votre entreprise?
• A quand estimez-vous la transition pétrole-hydrogène dans l'automobile?
J'espère que vous aurez un peu de temps à consacrer à mes questions.
Meilleures salutations
Cher Monsieur Favre,
Merci pur votre courrier électronique.
En tant qu’importateur officiel des marques TOYOTA et LEXUS en Suisse, nous sommes une
entreprise grossiste et revendons ces véhicules à nos agences. En Suisse, il n’y a pas de
développement de nouvelles technologies. Il faut ajouter à cela que notre fournisseur pratique la
philosophie de proposer des produits finis lorsqu’ils sont mûrs pour l’être et peuvent être
commercialisés. Mais je peux vous dire avec certitude TOYOTA pratique une recherche et un
développement intensif des piles à combustible et des véhicules propulsés au pétrole-hydrogène.
La technologie hybride, qui est déjà disponible depuis 10 ans, fournit à cet égard une plate-forme
idéale pour les systèmes de propulsion de toute sorte.
TOYOTA ne va en tous les cas présenter un véhicule doté d’une nouvelle technologie que lorsqu’il
sera aussi livrable aux clients. Le cahier des charges comporte en tous les cas l’obligation de fournir
une technologie quelle qu’elle soit qui soit absolument fiable, d’un prix abordable et compatible avec
les besoins de tous les jours. Le pétrole-hydrogène ne pourra être d’une application durable que si
l’on dispose de suffisamment de courant électrique produit de manière écologique et pouvant servir à
la production de carburants pour les véhicules.
À l’heure actuelle, même la consommation d’électricité normale ne peut être produite à 100 % de
manière neutre pour l’environnement. En Suisse, la situation est un peu meilleure, environ 60 % de
l’électricité étant produite avec l’eau et environ 40 % avec des centrales nucléaires. En jetant un coup
d’œil sur la situation en Europe, on constate que la situation y est plus défavorable, la part du courant
électrique produit avec du charbon y étant très élevée. Je n’entrevois donc une utilisation du pétrole hydrogène qu’à moyen ou long terme.
Avec des meilleures salutations
Peter Ernst
Technicien d’automobile
Service clientèle et technique
Toyota AG
37
Email Renault, 22 mai 2008
Bonjour,
Je suis un étudiant de 2eme année au gymnase Auguste Piccard et je fais un travail de maturité sur les
piles à combustible.
J'aimerais vous poser quelques questions à ce sujet.
• Développez-vous des piles à combustible? Si oui, de quels types et pour quelle application?
• Pensez-vous que la pile à combustible ait un grand avenir?
• Est-ce que dominer le marché automobile (européen) de la pile à combustible est un objectif
prioritaire de votre entreprise?
• A quand estimez-vous la transition pétrole-hydrogène dans l'automobile?
J'espère que vous aurez un peu de temps à consacrer à mes questions.
Meilleures salutations
Monsieur,
Nous vous remercions pour votre courriel du 22 mai, ainsi que pour l'intérêt témoigné à notre
marque.
Pour donner suite à votre demande, nous vous communiquons que nous sommes l'importateur général
pour la Suisse. Renault ne produit pas de véhicules en Suisse.
Le site www.renault.com vous fournira un grand nombre d'informations sur le groupe Renault.
En vous remerciant de votre compréhension, nous vous prions d'agréer, Monsieur, nos salutations
distinguées.
Relations Clientèle
Renault Suisse
Email EPFL, 7 mai 2008
Bonjour,
Je suis un gymnasien de 2 ème année au gymnase Auguste Piccard et je fais un travail de maturité sur
la pile à combustible.
J'ai contacté Pr. Mondada en ayant pris connaissance du concours de robots à pile à combustible et il
m'a redirigé vers vous.
J'aimerais vous poser quelques questions à ce sujet:
• Que pensez-vous de l'avenir des piles à combustible, est-elle vraiment LA source d'énergie du
futur?
• Quelles sont les applications les plus prometteuses?
• Quel type de pile sera à votre avis le plus approprié à l'industrie automobile?
• Est-ce qu'il y a des recherches sur cette technologie à l'epfl?
• L'essentiel du marché mondial de la pile à combustible est actuellement dirigé par les ÉtatsUnis et le Japon, pensez-vous que la suisse ait une place dans la recherche et l'industrialisation
de la pile à combustible? (Belenos Clean Power,...)
• À quand estimez-vous la transition du pétrole vers l'hydrogène?
Je suis à votre disposition si vous souhaitez plutôt répondre à ces questions en face à face.
Je vous serais reconnaissant de me consacrer un peu de votre temps.
Dans l'attente de vos nouvelles, meilleures salutations
38
Bonjour,
je travaille comme doctorant dans le domaine des piles à combustible dans le cadre d'une
collaboration parmi le Laboratoire d'Energétique Industrielle (LENI) et le group de Génie
Electrochimique (GGEC) de l'EPFL.
Je m'occupe en particulier d'un type de pile qui travaille à haute température (750-950°C) basé
principalement sur des composants en céramique (Solid Oxide Fuel Cell, ou SOFC).
J'espère de répondre en manière utile à vos questions.
Je tiens à souligner que répondre à certaines d'entre elles comporte de mêler aux données
scientifiques une certaine proportion d'avis personnel. Je vais tout de même chercher à rester le plus
possible adhérent à l'objectivité.
Que pensez-vous de l'avenir des piles à combustible, est-ellevraiment LA source d'énergie du
futur?
C'est difficile dire si il y aura LA source d'énergie du futur, et encore plus si ce sera les pile à
combustible (PAC) ou, mieux, un ou plusieurs types de PAC.
La question de la production/distribution de l'énergie propre est, tout de même, centré sur deux axes
principales: la réduction de la consommation et la réduction d'émissions.
Les piles à combustible sont très prometteuses de ce point de vue parce qu'elles ont la particularité de
respecter ce deux critères à la fois: -D'un côté l'utilisation d'hydrogène porte à émissions nulles de
CO2, oxydes d'azote, microparticules... Mais cet hydrogène doit bien être produit quelque part. Pour
que les émissions soient vraiment annulées il faut réussir à avoir de l'hydrogène provenant de sources
renouvelables. Aujourd'hui il provient principalement de traitement de combustibles fossiles, donc
pour l'instant l'émission de CO2 existe de toute façons, non pas pendant le fonctionnement de la PAC,
mais pendant la production du combustible.
Pour résumer ce point on peut dire que les PAC ont la possibilité d'être une source d'énergie vraiment
*propre* de manière liée au développement scientifique d'autre types de technologies: panneaux
solaires, énergie éolienne, etc. Il y a des bons espoirs en ce sens car ces secteurs sont en rapide
évolution et les combustibles fossiles de plus en plus chers et rares.
-D'autre côté le rendement théorétique des piles est sensiblement plus haut que pour les moteurs
traditionnels (avec cycles thermiques). Le rendement est le rapport entre l'énergie contenue dans le
combustible et ce qui est effectivement transformé en énergie utile.
Par exemple, pour le des raisons thermodynamiques (théorème de Carnot) et pratiques les moteurs à
essence ont des rendements autour du 25-30%, c'est à dire que 3/4 de ce qui est injecté dans le
réservoir est utilisé non pour faire bouger la voiture mais est gaspillé en chauffant l'air qui passe à
travers du radiateur. Les PAC ont des rendements théorétiques beaucoup plus élèves et en pratique
peuvent dépasser, à l'heure actuelle, le 40%. Les PAC ont plus d'avantage sur des productions
d'énergie de petite dimension, où elles maintiennent les mêmes rendements tandis que les moteurs sont
pénalisés.
Ceci justifie partiellement l'utilisation de hydrogène provenant de combustible fossiles (voir point
précédent) puisque, en fin de comptes, on économise le combustible et donc on a moins d'émissions de
CO2.
Ce raisonnement est valable pour les piles qui peuvent utiliser le gaz naturel comme combustible à la
place de l'hydrogène (SOFC, MCFC): on a des émissions de CO2, mais en mesure réduite par rapport
aux systèmes traditionnels.
Les PAC sont donc des très on candidats pour faire partie du panorama énergétique futur.
•
• Quelles sont les applications les plus prometteuses?
Après cette longue introduction c'est plus facile voir que les PAC sont des systèmes idéaeles pour ce
qui concerne la petite/moyenne production délocalisée. L'objectif est de substituer une partie de
l'énergie fournie par les centrales par des petites productions locales.
Les différents types de PAC se prêtent à plusieurs applications: PEM pour mobiles, pc portables,
voitures, SOFC pour maisons, industries, ecc.
Les SOFC sur lesquelles je travaille ont l'avantage de travailler à haute température, ce qui signifie
que peuvent fournir à la fois électricité et chaleur. Dans le cas d'une maison, une SOFC alimentée à
39
gaz naturel et, en futur, à hydrogène peut fournir à la fois échauffement, eau chaude sanitaire et
électricité.
Les PEM ont déjà un bon niveau de fonctionnement (comme on a vu pendant le festival de robotique);
si un réseau de distribution est mis en place, les voitures à hydrogène alimentées avec des PEM
pourront parcourir les villes sans émettre gaz d'échappement.
• Est-ce qu'il y a des recherches sur cette technologie à l'epfl?
Oui, j'en fais partie. Le group qui dépense les plus gros efforts en termes des moyens e de personnes
est probablement le LENI, dirigé par le Prof. Favrat, qui a une section piles, sous la coordination di
Dr. Jan van Herle. Le groupe s'occupe de SOFC et compte deux chercheurs, sis doctorants, un
ingénieur, un technicien spécialisé. Il y a aussi d'autres personnes qui font quelque investigation
(toujours sur les SOFC, si je ne me trompe pas) mais je n'ai pas de contacte directe avec eux.
L'essentiel du marché mondial de la pile à combustible est actuellement dirigé par les ÉtatsUnis et le Japon, pensez-vous que la suisse ait une place dans la recherche et
l'industrialisation de la pile à combustible? (Belenos Clean Power,...)
Malheureusement la plupart des informations que j'ai a disposition concernent uniquement les SOFC.
Dans les conférences internationales dernièrement s'est distinguée HTCeramix, une entreprise suisseitalienne, qui est spin-off de l'EPFL. Il y a aussi Hexis, une entreprise dérivée de Sulzer, très active
dans le domaine. L'office fédéral de l'énergie suisse finance des projects sur les piles orientées au
développement d'un produit commercial, et ma thèse est financée à partir de ça.
•
• À quand estimez-vous la transition du pétrole vers l'hydrogène?
Je ne sais pas.
Mon avis personnel c'est que ça sera une transition lente et graduelle; ça a peut-être déjà commencé.
Au fur et à mesure que le pétrole augmente son prix, les sources renouvelables deviennent non
seulement désirables mais avantageuses. Ceci donne un grand impulse à la recherche industrielle et
privée (incroyablement active en ce moment dans ces domaines) et donc forcement des progrès
scientifiques et technologiques. Les PEM, relativement faciles à trouver, qui ont été utilisées pour les
robots du festival aurait été inimmaginables seulement il y a quelques années.
En Italie, mon pays d'origine, dans la ville d'Arezzo ils ont inauguré le premier hydrogénoduc urbain.
L'hydrogène est actuellement dérivé du gaz naturel mais va être produit avant la fin de l'année avec
des panneaux solaires.
En Puglia, la région du talon d'Italie, ils sont en train de construire 5 distributeurs de gaz dans
lesquels il sera possible choisir entre gaz naturel, hydrogène ou un mélange. Ce mélange est
directement utilisable par les voitures à méthane déjà existantes.
Si vous avez besoin d'ulterieur information je suis disponible a vous rencontrer, il vous suffit de
m'indiquer vos disponibilités et on purra s'acorder pour un rendez-vous.
Salutations,
Pietro Tanasini
Email Shell, 22 mai 2008
Bonjour,
Je suis un étudiant de 2eme année au gymnase Auguste Piccard à Lausanne et je fais un travail de
maturité sur les piles à combustible.
40
J'aimerais vous poser quelques questions à ce sujet.
• Etes-vous actifs dans la production et la recherche des piles à combustible?
• Pensez-vous que la pile à combustible ait un grand avenir?
• Shell est si je ne me trompe pas producteur d'hydrogène. Avez-vous comme politique pour le
futur de favoriser le développement de la pile à combustible ou alors l'amélioration du
rendement et des capacités des moteurs conventionnels à combustion?
• A quand estimez-vous le moment où les énergies fossiles ne suffiront plus à nos besoins et il
faudra se tourner vers de nouvelles sources d'énergie?
J'espère que vous aurez un peu de temps à consacrer à mes questions.
Meilleures salutations
Toujours sans réponse
Email Total, 22 mai 2008
Bonjour,
Je suis un étudiant de 2eme année au gymnase Auguste Piccard à Lausanne et je fais un travail de
maturité sur les piles à combustible.
J'aimerais vous poser quelques questions à ce sujet.
• Etes-vous actifs dans la production et la recherche des piles à combustible?
• Pensez-vous que la pile à combustible ait un grand avenir?
• Total est si je ne me trompe pas producteur d'hydrogène. Avez-vous comme politique pour le
futur de favoriser le développement de la pile à combustible ou alors l'amélioration du
rendement et des capacités des moteurs conventionnels à combustion?
• A quand estimez-vous le moment où les énergies fossiles ne suffiront plus à nos besoins et il
faudra se tourner vers de nouvelles sources d'énergie?
J'espère que vous aurez un peu de temps à consacrer à mes questions.
Meilleures salutations
Toujours sans réponse
Email Romande-Energie, 22 mai 2008
Bonjour,
Je suis un gymnasien de 2eme année au gymnase Auguste Piccard et je fais un travail de maturité sur
la pile à combustible.
J'aimerais pour cette raison vous poser quelques questions.
• Êtes-vous actif dans le domaine de la pile à combustible?
• Si oui, contribuez-vous juste financièrement à un projet d'une entreprise ou êtes-vous actifs
dans la production et la recherche?
• Pensez-vous que la pile à combustible ait un avenir?
• Quels sont les domaines d'applications les plus intéressants
• A quand estimez-vous le moment les énergies fossiles ne nous suffiront plus et qu'il faudra se
tourner vers des énergies plus propre comme l'hydrogène?
J'espère que vous aurez un peu de temps à consacrer à mes questions.
Meilleures salutations
41
Monsieur,
Je vous prie d'excuser le retard mis à répondre à votre demande, pour des raisons d'occupation
uniquement. J'espère qu'elles vous seront encore utiles.
1. Non, nous ne sommes pas actifs dans le domaine de la pile à combustible. Nous avons soutenu
le projet Hydroxy 3000 de la HEIG-VD (Prof. Affolter) il y a quelques années.
2. Pas à ma connaissance. Mais nous avons différents partenariats avec des hautes écoles ou
entreprises, et il n'est pas exclu qu'à travers ce canal nous y soyons associé.
3. Oui, je pense que la pile à combustible a certainement un avenir. Mais sur la base de quel
combustible, c'est une question plus délicate.
4. La mobilité, les appareils électriques autonomes et/ou embarqués, etc.
5. les énergies fossiles ne nous suffisent probablement déjà plus. Une part importante de la
population mondiale utilise encore le bois, et les énergies hydraulique, éolienne, nucléaire,
photovoltaïque, géothermie, etc. représentent une part non négligeable de couverture de nos
besoins. Quant au pétrole, au gaz, aux schistes bitumineux, au charbon, tous agents non
renouvelables, il est probable que l'augmentation des prix permettra d'augmenter les
capacités de production rentables durant encore de nombreuses années.
J'espère ainsi avoir répondu à vos questions. mais ne vous gênez pas de vous adresser à moi si vous
en avez d'autres.
Bonne journée et fin d'année scolaire.
Martin Bettler
Romande Energie SA
Morges
42