Pile a combustible: Hydrogène.


I Historique:

Sir William GroveSir William Grove (cliquer pour agrandir)

En 1839, un avocat anglais, Sir William GROVE et son collaborateur Sir Silas CHARTIER, chercheurs amateurs en électrochimie, découvrent le principe de la pile à combustible. A l'exception de quelques tentatives de développement à la fin du XIXème siècle, on en restera à cette curiosité scientifique durant pratiquement une centaine d'années. Elle trouvera sa première application concrète 130 ans plus tard dans les programmes spatiaux GEMINI et APOLLO.

Gemini

Durant les années 1930, un autre scientifique anglais, F. T. BACON entreprend de développer un dispositif opérationnel à partir de l'eCapsule GEMINI (cliquer pour agrandi)xpérience de GROVE. Ses travaux aboutissent vingt ans plus tard à la réalisation d'une pile d'une puissance d'un kW. Toute fois, la découverte et l'industrialisation de la dynamo mirent au placard la pile à combustible jusqu'aux années 1960.
La consécration nesurviendra qu'en 1965 quand on apprend que les astronautes des capsules GEMINI consomment l'eau produite par les générateurs électriques de leur vaisseau. Ces générateurs sont les premières piles à combustible ayant une utilisation réelle. Les réalisations de BACON suscitent un intérêt scientifique et industriel considérable et des programmes de recherche sont initiés dans les principaux pays développés.

En France durant des années 1960 à nos jours

La France ne reste pas à l'écart de ces travaux et tous les grands acteurs du domaine énergétique ont des programmes souvent très importants: GAZ DE FRANCE, ALSTHOM, THOMSON, IFP, ONIA, RENAULT, etc.
Pour des raisons internes (échecs techniques répétés,...) et externes (choix stratégique d'autres filières de production d'électricité, ...), les programmes sont progressivement arrêtés et, en 1981, l'abandon du dernier programme crée un véritable traumatisme dans les milieux scientifiques et politiques. Au début des années 1980, il n'était pas bon d'évoquer les piles à combustible dans certains couloirs et antichambres.Réseau pile à combustible (cliquer pour visiter le site)
Ce n'est qu'au milieu des années 90 que les recherches vont reprendre (dans l'automobile notamment). A la fin de cette décennie, les recherches vont êtres encouragées et financées (en partie) par l'Etat, qui crée en 1999 le Réseau de recherche technologique "pile à combustible". Ce réseau a été crée par Claude Alègre, alors ministre de l'Education Nationale, de la Recherche et de la Technologie; il rassemble de nombreuses entreprises, centres de recherche et universités françaises: EDF, PSA, Renault, Lyonnaise des eaux, Vivendi, CNRS, CEA, Supelec, Université de Poitiers et de Perpignan... En tout 56 projets ont été sélectionnés. Environ 20 millions d'euros ont été mis à disposition pour assurer le financement de ces projets pour la période 1999-2000

Exemple du CEA

Le budget totale de l'ensemble du programme nouvelles technologies pour l'énergie, établi à 118 MF pour l'année 2000 est en progression forte en 2001 puisqu'il est d'un montant de 171 MF (+53 MF soit une progression de 44%).
La part consacré à l'hydrogène et les piles à combustibles s'élève à 91 MF pour l'année 2001.
Environ 200 ingénieurs et techniciens du CEA sont impliqués dans le programme nouvelles technologies pour l'énergie en 2001 (100 en 2000), dont la moitié des effectifs travaillent sur l'hydrogène et les piles à combustibles. Ces chiffres devraient atteindre respectivement 300 et 175 personnes en 2004

De nouvelles avancées

Les entreprises du secteur automobile consacrent un part importante de leur capital pour faire progresser la recherche. Elles ne sont plus les seules, puisque le secteur de la téléphonie mobile s'y intéresse de plus en plus. Ce phénomène concerne toutes les entreprises ayant une activité en rapport avec l'énergie; ces recherches visent à améliorer le rendement des piles ainsi que leur taille, leur coût de fabrication (etc.) tout gardant le même principe de fonctionnement découvert en 1839... Si la faisabilité technique est démontrée, il ne va pas de même pour la faisabilité économique.

Le cadre européen.

Le programme-cadre de l'Union européenne supporte l'effort de recherche et développement technologique et de démonstration des piles à combustible représente une solution qui pourrait contribuer au développement durable des objectifs de diverses politiques européennes essentiellement en matière d'énergie, d'environnement et de transport dans le court, moyen et long terme.

Ce soutien s'est accru de 8 millions d'euros entre 1988 et 1992 pour atteindre 54 millions d'euros dans le quatrième PCRD(1994-1998). Depuis le début de la mise en oeuvre du cinquième PCRD (1998-2002), la contribution européenne au développement des systèmes de piles à combustibles est déjà sensiblement supérieure à 30 millions d'euros. En parallèle, des Etats membres de l'Union européenne mènent des programmes nationaux liés aux développement et à l'application de cette nouvelle technologie.

L'intérêt croissant de l'industrie et des millieux académiques a encouragé la Commission européenne à choisir le secteur des piles à combustible comme expérience pilote dans le processus de promotion d'un véritable Espace européen de la recherche prôné par la Commission et approuvé par le Conseil européen. Cette initiative est de surcroît supportée par le Parlement européen.

Le contexte énergétique 

L'Agence internationale de l'énergie estime(datant du 6 avril 2001) que la demande mondiale en énergie, principalement d'origine fossile(pétrole, gaz, charbon), va croitre de 57 % dans les vingts prochaines années. Cette forte croissance de la consommation d'énergie se fera dans un contexte où les ressources de gaz et de pétrole seront de plus en plus concentrées dans des zones d'incertitudes géopolitique, ce qui est préoccupant pour la sécurité énergétique.

Cette perspective de forte croissance de la demande en énergie intervient alors que le phénomène du réchauffement climatique, dont il est désormais scientifiquement prouvé qu'il est la conséquence des activités humaines et notamment le résultat de l'utilisation des combustibles fossiles, impose une réduction de la production énérgétique, tout au moins de sa composante la plus génératrice de gaz à effet de serre.

Comment alors résoudre ce paradoxe : augmenter la production d'énergie pour satisfaire la hausse de la demande, tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre?

Si l'on veut réduire ou tout au moins stabiliser les émissions de gaz à effet de serre, tout en continuant à consommer la même quantité d'énergie, et donc ne pas changer notre mode de vie, il est nécessaire de recourir à des modes de production d'énergie ne contribuant pas à l'effet de serre, comme le nucléaire, ou les énergies renouvelables. Toutefois, en France, si 40.9 % de la consommation totale d'énergie primaire de chaque Français proviennent d'électricité produite par le nucléaire et les autres énergies non productrices de gaz à effet de serre², le besoin en énergie du secteur des transports, qui représente le quart de l'énergie consommée, est couvert à 95 % par le pétrole.

Grâce à cela, un Français émet 1.8 fois moins de gaz carbonique qu'un Allemand et 2.9 fois moins qu'un Américains

Comment remédier à cet accroissement de l'effet de serre, provoqué par les transports? La solution passe par la recherche d'un vecteur énergétique pouvant être produit à partie de différentes sources d'énergies primaire "propre", transportable, stockable et distribuables et également qui serait facilement convertible dans les modes d'utilisation finale d'énergie.