23 mai 2012

Le CEA paré pour la production de la pile à combustible

La pile à combustible (PAC), principalement à hydrogène, est en développement pour l’automobile depuis une vingtaine d’années. Si de nombreux démonstrateurs roulent chez plusieurs constructeurs, cette technologie verra-telle bientôt un débouché commercial ? Florence Lambert, chef du Département de l'électricité de l'hydrogène pour les transports au CEA-Liten, a un avis bien tranché sur la question : « La pile à combustible a maintenant une technologie mature. Les principales barrières techniques ont été franchies et elle est également industrialisable ». Le CEA dispose de 250 chercheurs pour le développement de la batterie lithium-ions et de la PAC. Ils ont rapidement choisi la pile de type PEM pour les applications de transport car elle fonctionne à température ambiante (contrairement à la SOFC) et elle présente un bon rapport puissance/encombrement. Celle développée par le CEA atteint actuellement les 2,1 kW/litre, la meilleure du marché étant probablement celle de Nissan avec un 2,5 kW/l (volume complet sans le stockage d’hydrogène et l’éventuel échangeur thermique extérieur). La durée de vie est d’environ 3000 à 4000 heures, ce qui est en adéquation avec la demande automobile. Florence Lambert précise : « Le principal écueil est le coût du platine que nous utilisons comme catalyseur. Sa quantité est aujourd’hui entre 0,2 et 0,3 gramme par kW produit et nous avons une valeur cible de 0,1 g/kW. Ce problème sera réduit par la mise en place du recyclage de ce matériau lorsque la pile sera en fin de vie. Nous recherchons aussi une alternative au platine, l’enzyme hydrogénasse a par exemple ce potentiel avec une application dans une dizaine d’années ». En outre, l’encombrement des plaques bipolaires, qui assurent la distribution des gaz et la collecte du courant électrique, devra être encore réduite.

Test de membrane de PAC

Au deuxième trimestre de cette année, le CEA se dotera d’une ligne pilote pour la conception et la fabrication de piles à combustible, avec le soutien de Renault, Michelin et SymbioFCell. Elle permettra de réaliser des prototypes ou des petites séries de composants.

Les voitures propulsées par une PAC ne sont intéressantes qu’avec une production d’hydrogène non émettrice de gaz à effet de serre. De ce côté, les avancées ne semblent malheureusement pas être dans le même timing. Plusieurs projets sont en développement : gaz naturel avec captage de CO2, électrolyse couplée à une production électrique de type ENR et/ou nucléaire ou électrolyse haute température, cette dernière étant un projet majeur du CEA-Liten. Face à ce retard, il est alors trop tôt pour planifier une généralisation de cette propulsion. Les premières commercialisations automobiles devraient cibler des applications limitées, comme l’indique Florence Lambert : « Une flotte de véhicules est très bien adaptée à une utilisation aéroportuaire car ce milieu gère déjà le stockage des gaz et, sur les ports maritimes, les véhicules de liaison terre-mer pourraient également utiliser cette propulsion. L’autre voie de la PAC est son association à la voiture électrique en tant que prolongateur d’autonomie, 5 kg d’hydrogène étant suffisant pour un parcours de 500 km. En outre, la connexion à une batterie permet de tirer la meilleure efficacité de la pile à combustible ». Rappelons que Mercedes a déjà annoncé son intention de vendre en grand volume la Classe B F-Cell dès 2014. Nissan, Toyota, Honda, Kia/Hyundai et General Motors sont aussi très actifs sur le sujet. Voir aussi Air Liquide s’engage à produire de l’hydrogène décarboné.

  Yvonnick Gazeau

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