Les piles à combustible

Par Roger CADIERGUES le 04 Juillet 2019

De nombreuses publications sont aujourd'hui consacrées, dans le cadre du développement durable, aux piles à combustible. Comment s'y reconnaître sur ce sujet, et que peut-on en attendre ?

Premier obstacle : le combustible. Il existe, sans que ce soit ouvertement annoncé, deux types de piles. Le premier type, celui qui est considéré internationalement comme normal, se base sur l'utilisation de l'hydrogène comme combustible. Ce qui oblige à disposer d'une chaîne de fabrication et distribution de ce gaz (sous forme souvent compressée et liquide). Pour l'industrie automobile, la plus intéressée au succès rapide des piles à combustible, il faudra disposer de stations-services. En France, actuellement, la plupart des installations pilotes fixes utilisent le gaz de ville, qu'il faut transformer en hydrogène. Ce qui surcharge l'unité d'un composant supplémentaire. Vous trouverez dans un récent numéro de la revue CVC de septembre-octobre 2003 la description des installations françaises sans doute les plus importantes, avec la servitude du composant gaz>hydrogène.

Deuxième obstacle : les modèles de piles. Toutes les piles "brûlent" de l'hydrogène, par réaction avec l'oxygène de l'air, fournissant à la fois de la chaleur et de l'électricité. L'avantage est que le produit de combustion essentiel (il y en a d'autres traces qui peuvent gêner) est la vapeur d'eau, non polluante sous l'angle de l'effet de serre. Toutefois, bien que le principe soit le même pour tous, plusieurs "matériaux" peuvent être utilisés, quatre pour l'essentiel actuellement. Ces matériaux portant des noms bizarres, vous trouverez quelques données sur le sujet au tableau suivant, les quatre médias de base étant classés par ordre de température opératoire croissante.

Média :	1 PEMFC membrane à échange de protons	2 PAFC acide phosphorique	3 MCFC carbonate fondu	4 SOFC oxyde solide
Nature	acide sulfonique incorporé dans une membrane solide en polymère	acide phosphorique	carbonate de lithium fondu	oxyde de zirconium solide (céramique)
Rendement électrique (à mi-charge)	~ 40 %	~ 45 %	45-50 %	~ 45 %
Rendement thermique	~ 40 %	~ 35%	30-45 %	35-45 %
Température	50 - 90 °C	200 °C	650 °C	800 - 1000 °C
Démarrage	quelques secondes	quelques heures	quelques heures	plus de 30 minutes
Combustibles éventuels	hydrogène, gaz naturel, GPL, méthanol, éthanol, essence, carburant diesel	comme PEMFC (à gauche plus biogaz)	comme PAFC (à gauche)	comme PAFC (à gauche)

Troisième obstacle : les coûts. Les coûts de ces piles sont actuellement très élevés, mais les études les plus sérieuses (et peu tendancieuses) tablent sur des réductions progressives. Ce qui est important c'est que les réductions prévisibles de coût varient beaucoup selon le type de piles, comme l'illustre la figure 1.

Quatrième obstacle : la confidentialité. Ne vous attendez pas à voir concrètement ce que sont les piles à combustible. En dehors des schémas de principe ce sont des armoires anonymes (figure 2). Chaque constructeur - c'est en particulier le cas des constructeurs automobiles, les plus en avance tente de mettre actuellement au point un, ou des modèles efficaces. Sans trop se préoccuper des prix, actuellement du moins. Les perspectives sont inévitablement assez lointaines 2030 au moins.

Figure 1. L'évolution prévisible des prix selon les modèles

Figure 2. Ne cherchez pas à savoir ce qu'il y a derrière les portes de l'armoire

Dans notre prochaine lettre, nous continuerons sur ce sujet "à la mode" qu'est le développement durable, en abordant le présent et l'avenir de l'éolien, chauffage compris.

Roger CADIERGUES