Pôle Véhicule du Futur
La pile à combustible : de l'énergie à revendre (2/6)
Par Renaud LACROIX le 01 décembre 2006
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Basé à Belfort, en Franche-Comté, l'institut FC-Lab est un complexe qui développe des piles à combustible et regroupe 7 organismes (dont 3 universités, le Commissariat à l'Energie Atomique et le CNRS).
Table vibrante
Il travaille aussi en coopération des industries et des collectivités territoriales. Son rôle est donc à la fois fédérateur et pluridisciplinaire.
A l'heure actuelle, les leaders mondiaux dans le domaine sont surtout les Etats-Unis, le Japon et le Canada alors que l'Allemagne se place en tête pour l'Europe. Le FC-Lab veut donc rattraper le retard de la France pour en faire un acteur européen et pourquoi pas mondial sur le marché des moteurs à hydrogène.
Trouver une alternative aux moteurs à essence est évidemment devenu une priorité avec la diminution des réserves de pétrole et, en conséquence, l'augmentation du prix des carburants. La pile à combustible est à l'heure actuelle la solution qui semble la mieux adaptée à la fois au remplacement de l'essence et aux priorités environnementales. Malgré son nom, il n'y a pas de combustion dans la pile : il s'agit en fait d'une réaction chimique qui associe le dioxygène de l'air et le dihydrogène pour donner de l'eau : 2 H² + O² → 2 H²O
Aucun gaz n'est rejeté dans l'atmosphère et le produit obtenu, l'eau peut même être réutilisée. Pour gagner de la place, on peut mettre plusieurs piles en parallèle. La réaction provoque un transfert d'électrons qui est capté par une membrane. Ce courant alimente un moteur électrique qui fournit alors la puissance motrice du véhicule, de l'ordre de 200.000 Watt pour un bus.
La membrane quant à elle est faite de Nafion, une matière utilisée depuis de nombreuses années et à laquelle on cherche aujourd'hui une remplaçante ayant de meilleures propriétés électriques et mécaniques.
Planche présentant la logique scientifique
L'approche du problème au FC-Lab n'est pas pluridisciplinaire mais systémique. Le laboratoire va en effet mélanger les savoirs et les compétences pour orienter ses recherches dans deux axes majeurs : l'optimisation des performances et la durée de vie des piles à combustible. Il s'agit donc de développer les moteurs pour atteindre un rendement aussi bon voire meilleur que celui des moteurs « à explosion ».
Le rapport entre l'énergie réellement fournie et l'énergie théoriquement calculée doit pouvoir atteindre les 40 à 45% (avec une valeur limite maximale estimée à 55 %) contre 30 % actuellement pour les moteurs à essence. D'un autre côté, il faut pouvoir comprendre ce qui limite la durée de vie des piles pour arriver à produire des moteurs qui ne doivent pas être changés trop souvent.
Pour cela, FC-Lab possède des moyens uniques en France et quasiment uniques en Europe. L'institut a d'abord la possibilité de faire des tests sur des piles à l'échelle un, soit grandeur nature. Il y a plusieurs bancs de tests pour les piles à faible puissance (quelques dizaines de Watts) et les piles à fortes puissance (200 kW) qui renseignent les chercheurs sur les performances et les comportements électriques.
D'autre part, le laboratoire a des bancs vibratoires qui permettent de reproduire les secousses subies par un véhicule et sur lesquels on place la pile pour la confronter aux contraintes mécaniques qu'elle va rencontrer une fois en déplacement.
Au final, la pile à combustible nécessite encore de nombreux travaux de recherches et fera l'objet d'un concurrence acharnée sur le plan mondial. Cela s'explique par un objectif pour le moins alléchant : développer (et vendre !) une alternative écologique et économique à l'essence. Le temps est compté, la France a donc intérêt à se dépêcher et des initiatives comme celles de FC-Lab sont bienvenues.