Thomas Morzadec
Nicolas Coustaury
Avit Guirimand
Quels sont les obstacles au
developpement de la pile à hydrogène ?
Thomas Morzadec
Nicolas Coustaury
Avit Guirimand
Quels sont les obstacles au
developpement de la pile à hydrogène ?
William Grove a découvert les premières piles à combustible en 1839. Mais, durant 150 ans, cette invention n’a intéressé personne et elles sont donc restées dans l'oubli jusque dans les années 1960. En effet, c’est à cette période que les premiers projets spatiaux débutent : le développement reprend alors. Trente années après, les entreprises et centres de recherche commencent à s’y intéresser. Depuis le début des années 1990, de prototypes sont réalisés: parmi les applications possible citons : véhicules, rechargeur de batteries, systèmes de génération de chaleur et d'électricité… Mais, en quinze ans, les piles ne sont pas encore compétitives sur le marché : c’est encore une technologie en développement dont on attend une réelle percée d’ici 10 ou 15 ans, dans le secteur de l’énergie mobile.
Le principale enjeux dans le secteur de l’énergie est la pénurie de pétrole : C’est l’énergie la plus utilisée dans le monde : elle débutera dès 2010 et elle risque d’être définitive vers 2050.
Un des principaux problèmes écologiques actuels est le réchauffement de la planète : dû d’une part aux cycles naturels de la terre et d’autre part à un rejet très important de dioxyde de carbone (CO2 ) dû à l’activité humaine et notamment aux énergies « pétrolières ».
Il faut donc rapidement trouver des énergies propres et renouvelables : les énergies à base d’hydrogène semblent être la solution la plus prometteuse pour l’avenir dans ce secteur.
Le principe consiste à utiliser une des molécules la plus simple de notre univers : le dihydrogène ; en effet, elle n’est composée que de deux atomes d’hydrogène : elle ne comporte donc pas de chaîne carbonée (contrairement au pétrole et autres hydrocarbures) et donc aucun atome de carbone à l’origine du monoxyde de carbone (CO) et du dioxyde de carbone (CO2) : deux gaz dangereux pour l’être humain et l’atmosphère.
Un atome est composé d’un noyau et d’un ou plusieurs électron(s) (ce sont les charges négative). Le noyau est lui même composé de protons (chargés positivement) et de neutrons (non chargés). L’atome d’hydrogène est très simple : il est composé d’un seul proton et d’un seul électron. Dans la nature il s’assemble avec un autre atome d’hydrogène afin de donner la molécule de dihydrogène.
Un atome d'hydrogène
Un courant électrique est un flux d’électron libre c’est à dire des électrons qui ne sont pas en rotation autour d’un noyau.
Le principe de fonctionnement est simple: Il consiste à séparer les 2 électrons de la molécules de H2 des deux protons : - Les électrons partent dans le circuit afin de créer un courant électrique
- Les protons passent à travers une membrane
Réaction simplifiée
H2 => 2H+ + 2e-
Ainsi les électrons, après avoir alimenté le circuit, rejoignent les protons et réagissent avec du dioxygène ( en grande quantité dans l’air ) et forment ainsi de l’eau :
Réaction simplifiée
4H+ + 4e- +O2 => 2 H2O
Le seul produit créé par la réaction est donc de l’eau (H2O).
Le principale obstacle au développement est le coût de la pile : cela vient principalement de 2 facteurs :
- Le prix des matériaux et la quantité nécessaire
- Le prix de fabrication
Les électrodes nécessitent un catalyseur afin de pouvoir capter les électrons : ce catalyseur est le platine, un métal rare et donc cher : Aujourd’hui il coûte 865 €/once (1 once = 0.028 kg ) soit 30900 € le Kg ! Pour une pile de 70kW, il faut compter 400g.
Grâce à de réels progrès, on a réussi à diviser la quantité de platine nécessaire par m² de membrane par plus de 30 ! Tout cela est très prometteur mais il faut encore diminuer le besoin en platine pour rentabiliser le système.
Les autres composants coûtent aussi chers mais ce n’est pas la matière première qui est en cause : c’est leur fabrication. Le matériaux de base est le graphite usiné ( pas très cher ). Mais la fabrication en elle même ( adaptation , formation, assemblage) coûte très cher : la mise en place de chaîne de production en série devrait faire baisser le coût considérablement .
Selon les experts, le problème du prix pourrait être réglé dans 5 ans : si les politiciens et les industriels sont prêts à ouvrir leurs portefeuilles...
Il est vrai cependant que tout dépend des avancées en recherche : on ne peut pas savoir quand les chercheurs auront trouvé des remplaçant au platine ou une nouvelle façon de travailler le graphite usiné ! Tout cela reste encore à voir… Une date précise et certaine n’est donc pas d'actualité