UNE TECHNOLOGIE D'AVENIR DÉJÀ ANCIENNE

Le développement de la filière hydrogène repose en grande partie sur la technologie de la pile à combustible (PAC). Son principe n’est pas nouveau, puisqu’il fut découvert dès 1839 par William R. Grove. À l’époque, cet avocat anglais, chercheur amateur en électrochimie, constate qu’en recombinant de l’hydrogène et de l’oxygène, il est possible de créer simultanément de l’eau, de la chaleur et de l’électricité. La pile à combustible est née. C’est Francis T. Bacon, ingénieur, qui réalisera, en 1953, le premier prototype industriel de puissance notable (de l’ordre du kW).
Mais seule la Nasa exploitera, dans les années 60, cette technologie pour fournir en électricité certains de ses vaisseaux Gemini et Apollo. Car si le principe de la PAC paraît simple, sa mise en œuvre est complexe et coûteuse, ce qui interdisait jusqu’alors sa diffusion dans le grand public. Aujourd’hui, des progrès ont été réalisés et les applications envisageables sont nombreuses. De la microPAC, qui ne produit que les quelques watts nécessaires à l’alimentation d’un téléphone mobile, à la pile capable de produire 1 MW pour fournir de l’électricité à un immeuble collectif, en passant par la pile destinée aux applications embarquées, dans le secteur des transports, il existe désormais toute une gamme de PAC. Le principe de fonctionnement est toujours le même, mais différentes technologies sont en développement.

LES DIFFÉRENTES FILIÈRES TECHNOLOGIQUES

Il existe plusieurs types de piles à combustible qui se différencient par leur électrolyte. Cet électrolyte définit la température de fonctionnement de la pile et, de fait, son application. Il y a aujourd’hui deux obstacles majeurs au développement des applications commerciales des piles : des difficultés d’ordre technologique (compacité insuffisante, usure des matériaux trop rapide, rendements énergétiques perfectibles) et les coûts de fabrication.
Actuellement, les recherches visent à diminuer les coûts tout en améliorant les performances. Elles tournent principalement autour de deux familles de piles à électrolytes solides.

• La pile à membrane échangeuse de protons (PEMFC) fonctionne à 80 °C avec un électrolyte en polymère. C’est la plus prometteuse pour les transports. Les prototypes actuels pour les automobiles reviennent à 7 600 euros/kW. L’enjeu des recherches est de faire passer leur coût en dessous de 50 euros/kW.
Une variante, la pile à méthanol direct (DMFC) ou à éthanol direct (DEFC), consomme directement l’hydrogène contenu dans l’alcool. Très compacte, elle est promise à l’alimentation de la micro-électronique et de l’outillage portatif.

• La pile à oxyde solide (SOFC) est séduisante pour les applications stationnaires, car sa température de fonctionnement très élevée (de l’ordre de 800 °C) permet d’utiliser directement le gaz naturel sans reformage. De plus, la chaleur résiduelle peut être exploitée à son tour directement, ou servir à produire de l’électricité par le biais d’une turbine à gaz. Dans ce cas, le rendement global pourrait atteindre 80 %.