Première mondiale

Areva lance sa pile à combustible
[ 23/04/07 ]


Jules Verne en avait rêvé pour chauffer et éclairer ses héros de l'île mystérieuse. « Nous l'avons fait », sourit, prototype à l'appui, Patrick Bouchard le président d'Hélion, à Aix-en-Provence. La filiale d'Areva spécialisée dans les solutions énergétiques à base d'hydrogène et de piles à combustible a, en effet, livré pour validation son premier groupe de secours électrique au nouveau siège du Commissariat à l'énergie atomique (CEA) de Saclay. L'appareil, de la taille d'une armoire de congélation, délivre une puissance capable d'alimenter les systèmes informatiques du centre pendant au moins huit heures en cas de défaillance du réseau. Il est totalement silencieux et ne rejette que de l'eau. « Cette première mondiale fait entrer la pile à combustible dans la compétition des énergies renouvelables », estime Patrick Bouchard.

Pour fonctionner, le générateur électrique utilise de l'hydrogène et de l'oxygène purs dans une pile à combustible : en se combinant pour produire de l'eau, les deux éléments libèrent de l'énergie thermique et électrique avec un rendement électrique supérieur aux moteurs thermiques, pouvant atteindre 50 %. La théorie de cette conversion est connue depuis le XIXe siècle et l'expérience est aujourd'hui un classique des amphithéâtres. Mais, jusqu'alors, la recherche de solutions industrielles avait buté sur l'architecture de l'électrolyse.

« Nous avons résolu cette impasse en concevant un nouveau système de coeurs de pile », explique le patron du groupe français. La réaction électrochimique est réalisée à une température inférieure à 100 degrés centigrades entre deux plaques conductrices qui permettent tout à la fois d'introduire les réactifs (hydrogène et oxygène), de conduire les charges électriques et d'évacuer la chaleur issue de la réaction (avec de l'eau comme réfrigérant). Elles prennent en sandwich un « assemblage membrane-électrode » constitué d'un film de polymère assurant le transport des protons (2H+) et enduit d'un catalyseur à base de platine sur chacune de ses faces pour transformer les atomes en ions.
Prototypes plus puissants

Une cellule élémentaire de moins de 30 centimètres de côté peut ainsi générer un courant de 800 ampères et de 500 watts de puissance équivalant aux besoins d'un radiateur électrique. Pour réaliser un coeur de pile, il suffit d'empiler plusieurs cellules. La puissance électrique recherchée est fonction de la taille des électrodes (conditionnant la quantité de courant) et du nombre de cellules (la tension). L'appareil livré au CEA délivre ainsi 30 kilowatts électriques net, mais les prototypes qui servent aux tests à Aix-en-Provence réalisent des pointes supérieures à 50 kilowatts en aspirant l'oxygène présent dans l'air ambiant... Dans le même laboratoire de test, tenant dans un châssis à roulettes de 2 mètres cubes, un assemblage de deux coeurs de pile destiné à des applications de transport est également en cours de montage.

Le projet, soutenu notamment par l'ANR (Agence nationale de la recherche), la SNCF et la DGA (Délégation générale pour l'armement), permettra bientôt de remplacer les moteurs Diesel. Il délivre 100 kilowatts dans un silence seulement perturbé par l'évacuation de l'eau dans l'égout... Pour la fabrication de l'hydrogène, direction le hangar qui jouxte le laboratoire. L'appareil est le négatif du système de production électrique : une simple électrolyse de l'eau sous pression qui utilise les mêmes membranes solides pour séparer les gaz et échanger les protons. En reliant les deux dispositifs, on n'est pas loin de pouvoir produire de l'énergie en faisant un simple plein d'eau...
D'autres applications

Dans cette perspective futuriste, les ingénieurs d'Hélion imaginent de coupler leur technologie avec un réseau de production solaire ou éolien pour stocker et redistribuer à la demande l'énergie non consommée. « La production de courant issue des énergies renouvelables pose un problème de disponibilité aux exploitants en raison de l'intermittence des sources, poursuit Patrick Bouchard. Notre solution consiste à transformer les surplus d'énergie en gaz qui peuvent être stockés pour alimenter une pile à combustible quand cela est nécessaire, à la tombée du jour, quand le vent cesse ou pour stabiliser le réseau. »

Un important projet de recherche labellisé par le pôle de compétitivité Capenergies de la région Provence-Alpes-Côte d'Azur dédié aux énergies non génératrices de gaz à effet de serre a démarré sur ce thème. Il prévoit la construction d'ici à 2015 d'un générateur solaire photovoltaïque de 3,5 mégawatts associant un dispositif de production d'hydrogène et de restitution électrique alimenté par un four solaire (lire encadré ci-dessous).

Hélion envisage également d'autres applications : par exemple, pour fournir en énergie des engins sous-marins d'intervention robotique (un programme est en cours avec ECA, l'Ifremer, Cybernetix et l'Ecole des mines pour la mise au point d'un prototype opérationnel en 2009) ou pour faire rouler des flottes de transport collectif. « Notre dernier obstacle est le coût de la solution », assure Patrick Bouchard. En travaillant sur l'architecture système et sur le design du coeur de sa pile, qui représente un bon tiers du coût total, le français a bon espoir de diviser par cinq à dix le tarif au kilowatt installé, avec un objectif à terme de 1.000 euros. La condition pour faire démarrer une autre mécanique, celle du marché.