La formation d’eau à partir de l’oxygène et de l’hydrogène produit de l’électricité… Basée sur ce principe découvert en 1839, la pile à combustible représente un réel enjeu économique et environnemental. Reste à lever les derniers verrous scientifiques et techniques.
Attendons-nous à la voir partout. Dans les téléphones mobiles, les ordinateurs portables, dont elle multipliera l’autonomie par dix. Dans les véhicules électriques qu’elle approvisionnera en énergie, en silence et avec une production minimale de gaz carbonique. Dans les habitations où elle sera toute à la fois source de chaleur et d’électricité… Propre (elle ne produit que de l’eau), silencieuse, polyvalente, d’une autonomie remarquable et facilement rechargeable (un simple plein d’hydrogène suffit), la pile à combustible (PAC) a tous les atouts pour s’imposer comme la batterie de demain.
Une vieille technologie d’avenir
Solution d’avenir, la PAC ne relève pourtant pas d’une invention récente. C’est en effet en 1839 que l’électrochimiste britannique William Grove en découvre le principe. Hydrogène et oxygène se combinent en dégageant de la chaleur lorsqu’on les mélange. Mais en les séparant par un électrolyte (un matériau qui bloque le passage des électrons), il est possible de créer simultanément de l’eau, de la chaleur… et de l’électricité. Une réaction que l’on décrit parfois comme l’inverse de l’hydrolyse.
La pile à combustible restera malgré tout durant plus d’un siècle une simple curiosité de laboratoire. Seule la Nasa exploitera cette technologie dans les années 60 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. En particulier, le stockage de l’hydrogène, combustible hautement inflammable, est particulièrement délicat. De plus, la réaction requiert des catalyseurs coûteux, du platine ou d’autres métaux précieux. Autant d’obstacles qu’un organisme comme la Nasa peut contourner aisément mais qui interdisent la diffusion de cette technologie dans le grand public.
Une ressource propre et illimitée
Depuis plus d’une dizaine d’années, pourtant, les recherches concernant la pile à combustible se multiplient. Et pour cause, la demande mondiale en énergie ne cesse d’augmenter. Or, cette perspective de croissance intervient alors que le phénomène de réchauffement climatique impose une réduction de la consommation des combustibles fossiles (pétrole, gaz, charbon) dont la combustion produit des gaz à effet de serre. Ressource propre et illimitée (lire encadré), l’hydrogène, couplée à la PAC, constitue ainsi une alternative des plus prometteuses. Reste que pour rendre cette technologie économiquement viable, certains verrous techniques et scientifiques restent à lever : résoudre le problème du stockage, optimiser les rendements énergétiques, amoindrir les coûts…
Fort de son savoir sur l’hydrogène et ses isotopes, sur les électrolytes ou les matériaux de stockage, le CEA contribue depuis plus de dix ans à cet effort de recherche en participant à différents programmes nationaux et européens. Des travaux portent sur des piles adaptées à divers usages (transport, habitation, téléphone mobile grâce à la miniaturisation) ou sur des réservoirs à très haute pression (700 bars) comme ceux équipant le véhicule prototype Partner présenté par PSA Peugeot-Citroën début 2001 (projet européen regroupant de nombreux acteurs : PSA, Renault, Air Liquide, Nuvera, Solvay, CEA…).
Une priorité pour le CEA
Cet effort continue plus que jamais. Dans le contrat 2001-2004 qui le lie avec l’État, le CEA renforce ses programmes sur les nouvelles technologies de l’énergie. L’hydrogène et la pile à combustible y tiennent une place essentielle. En partenariat étroit avec d’autres laboratoires de recherche et les industriels du secteur, un programme de R&D a ainsi été mis en place, couvrant toutes les étapes du combustible, production, stockage, transport et distribution jusqu’à son utilisation finale. Concernant les piles elles-mêmes, les efforts se concentrent sur l’amélioration de leurs performances et la réduction de leur coût. Le CEA joue également un rôle actif dans la préparation des futures normes internationales sur l’utilisation et le stockage de l’hydrogène qui représentent pour l’utilisateur une garantie en terme de qualité et de sûreté.
Jamais, sans doute, les travaux sur la PAC n’ont été aussi intenses. Sachons néanmoins nous armer de patience avant de voir apparaître sur le marché les piles à combustibles : leur industrialisation ne devrait pas intervenir avant 2005.
