Qu’est ce qu’une pile à combustible, comment ça fonctionne ?

Dans le secteur de l’automobile, les voitures à énergie propre fonctionnant au carburant alternatif tel que l’électricité sont de plus en plus appréciées et souvent désignées comme étant le futur en matière de carburant pour les moyens de locomotion. La pile à combustible compte parmi les vecteurs d’énergie utilisés pour faire marcher ce genre d’engin créé pour promouvoir la mobilité durable.

 

La pile à combustible ou PAC et les voitures à hydrogène

pile à combustibleDésormais, plusieurs types de carburant sont utilisés pour créer des voitures plus écologiques garantissant zéro émission, durables et qui roulent tout en augmentant le confort sonore du conducteur.

L’électricité et l’hydrogène s’imposent parmi les énergies les plus estimées pour les faire marcher, le moteur à hydrogène étant alors le vecteur d’énergie dans le second cas. Celui-ci se présente sous trois formes, en l’occurrence le moteur à explosion, le moteur à combustion interne et le moteur mixte, alliant pile à combustible et électricité. Le moteur à hydrogène est plus présent sous cette troisième forme, d’où l’autre appellation courante de ce moteur de pile à combustible.

 

La pile à combustible, comment ça fonctionne

La pile à combustible est un vecteur d’électricité, transformant une réaction chimique en électricité, de manière continue. La production de l’énergie électrique se fait précisément par le biais d’une oxydation au niveau de l’électrode du combustible réducteur, comme l’hydrogène dans le cas des voitures à hydrogène. Cette dernière étant unie à l’électrode de l’oxydant, par exemple l’oxygène environnant.En effet, ce type de moteur est généralement constitué de 3 éléments à savoir une paire d’électrodes et un électrolyte. Ce dernier étant l’élément de séparation des deux autres. Pour sa part, la pile à hydrogène s’impose comme la pile à combustible la plus utilisée.

Par ailleurs, les éléments chimiques de ce type de pile peuvent être ravitaillés. Puis, ce dernier est particulièrement apprécié pour sa nature moins voire non polluante : il n’émet aucun déchet nuisible à votre environnement, car il ne rejette que de l’eau, sous forme de vapeur et accompagnée uniquement du surplus de dioxygène. Cependant, si nous prenons toujours l’exemple de la pile à hydrogène, plus connue, l’hydrogène gazeux étant quasiment inexistant à l’état naturel, sa production requiert un réseau spécifique, pouvant impliquer une grande consommation d’énergie et une pollution importante. Si la pile à combustible n’est qu’un vecteur d’énergie, pour leur part, les générateurs ne sont autres que les industries de production d’énergie et les stations d’essence qui réapprovisionnent en carburant alternatif.

Pour s’étaler sur le point de vue scientifique, le fonctionnement de la pile à combustible est l’inverse du principe de l’électrolyse. Lorsque l’oxydation et le gaz se rencontrent, la réaction chimique obtenue génère à la fois de l’électricité, de l’eau et de la chaleur. Puis, en général, ce genre de moteur crée une chaleur et une tension électrique de 0,7 à 0,8 volt. La chaleur étant d’une température variant entre 60°c à 200°C selon les moteurs. Sinon, à part les voitures à hydrogène et les voitures électriques, cette pile est travaillée pour ravitailler les téléphones et ordinateurs portables.

 

Le rendement de la pile à combustible

La PAC est avantageuse sur plusieurs points. D’abord, elle offre un confort sonore car elle ne fait pas de bruit. Puis, elle est compacte tout en présentant un poids idéal. Dénuée de pièces tournantes, elle n’émet pas non plus de vibrations. Et l’on rappelle qu’elle ne pollue pas, dans la mesure où lorsque vous roulez par exemple avec votre voiture à hydrogène, celle-ci garantit zéro émission.

Toutefois, le rendement d’une pile à combustible demeure insatisfaisant. En effet, les industriels font toujours face à des obstacles à ce sujet. La production de l’hydrogène par exemple, nécessitant entre autres la synthèse de l’hydrogène, le séchage du gaz, le stockage ainsi que la maintenance de la pile engendrent un rendement énergétique assez faible. Malgré tout, les chercheurs et constructeurs qui prônent l’utilisation de ce genre de moteur ne désespèrent pas : le rendement de l’association de la PAC et du moteur électrique varie entre 50% et 70%. En 2009, des chercheurs nippons estiment celui d’une pile de 3kW à 56% pendant des centaines d’heures.

 

La pile à combustible, un moteur qui a de l’avenir sur le marché des voitures à électricité

La PAC est très utilisée sur le marché de l’automobile et de la voiture à hydrogène en particulier. Certains modèles fonctionnent avec le moteur full power, également connu sous « tout hydrogène ». Il s’agit d’une pile à puissance de sortie variable, directement unie au moteur électrique. Les modèles dits mid range ou hybrides marchent grâce à une pile qui ravitaille également les batteries de capacité limitée. Quant aux modèles range extender, aussi dits à prolongateur d’autonomie, ils fonctionnent grâce à une pile qui ravitaille l’électricité tout en chauffant votre auto. Pour sa part, le prix d’une pile à combustible reste assez élevé, compte-tenu des difficultés rencontrées au niveau de la distribution et du stockage de l’H2 produit pour son fonctionnement.

 

Pile à combustible : les voitures à pile à hydrogène

De nombreuses marques d’auto proposent déjà des modèles de voitures à PAC. Parmi elles, le leader sud coréen en Europe : Hyundai  et Ford avec sa Focus FCV. Mercedes se veut particulièrement innovante sur le marché avec sa Mercedes Ener-G-Force et sa Mercedes classe B F-Cell. Plusieurs marques travaillent également sur la création de voitures à PAC, en l’occurrence à pile à hydrogène, telles que BMW, avec son prototype i3 avec PAC à hydrogène, Toyota laquelle a récemment fait essayer sa Toyota à hydrogène et Hyundai, qui envisage de lancer sa Hyundai à hydrogène d’une autonomie de plus de 700 km.

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