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RÉSUMÉ
Les piles à combustible trouvent aujourd’hui des applications dans un grand nombre de domaines. Pour cela, l’objet unitaire "pile à combustible" doit tout d’abord être intégré dans un système, lequel permet d’alimenter la pile à combustible en carburant et comburant, de mettre en forme l’énergie électrique produite, de gérer la chaleur au sein et autour de la pile à combustible et de s’assurer des conditions opératoires de l’ensemble via un dispositif de contrôle/commande.
Cet article présentera tout d’abord les principales caractéristiques d’un tel système de pile à combustible, avant de se focaliser sur les applications des piles à combustible dans le domaine de la production stationnaire d’énergie et dans celui des mobilités terrestres (véhicules personnels, bus, camions, trains).
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Lire l’articleAuteur(s)
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Daniel HISSEL : Professeur, université de Franche-Comté, Institut universitaire de France (IUF), FEMTO-ST, CNRS, Directeur-adjoint Fédération nationale hydrogène du CNRS
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Michel CASSIR : Professeur émérite, Chimie ParisTech, université PSL, Institut de recherche de chimie Paris (IRCP), France
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Claude LAMY : Professeur émérite, Institut Charles Gerhardt (ICGM), CNRS, université de Montpellier, membre de France Hydrogène, France
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Gilles TAILLADES : Professeur, Directeur de la mention Énergie, Institut Charles Gerhardt (ICGM), CNRS, université de Montpellier, France
INTRODUCTION
Depuis leur invention en 1839, les perspectives d’un développement commercial des piles à combustible n’ont jamais été aussi bonnes, par suite des efforts de la recherche, de choix stratégiques de grands groupes industriels, de constructeurs automobiles et en réponse à un contexte environnemental, sociétal et politique, en forte évolution.
L’objet technologique qu’est la pile à combustible ne peut pas fonctionner seul. Il doit être impérativement associé à d’autres objets technologiques, souvent qualifiés d’« auxiliaires », mais néanmoins totalement indispensables à son fonctionnement. Cet article, en complément aux trois articles auquel il est associé, doit permettre de donner au technicien et à l’ingénieur les bases nécessaires à la conception d’un tel « système » pile à combustible, associant le cœur de pile avec ses auxiliaires de fonctionnement, dans l’objectif de permettre d’optimiser les performances statiques et dynamiques d’un tel système, tout en préservant sa durabilité et en minimisant ses coûts d’investissement et de fonctionnement.
Par ailleurs, une fois le système pile à combustible ainsi constitué, cet article décrira également les applications aujourd’hui existantes dans le domaine des systèmes stationnaires de production d’énergie, mais aussi dans celui de la mobilité terrestre, ou plutôt des mobilités terrestres, tant la conception de celles-ci peut s’avérer différente, selon le cahier des charges auquel ces systèmes hydrogène doivent répondre.
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Accueil > Ressources documentaires > Énergies > Hydrogène > Utilisation et valorisation de l'hydrogène > Systèmes de piles à combustible - Applications stationnaires et mobilités terrestres > Mobilités terrestres
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8. Mobilités terrestres
Les piles à combustible, notamment de type PEMFC, peuvent fonctionner dans une très large gamme de puissance, de quelques W à quelques MW, si bien qu’elles peuvent remplacer les moteurs à combustion interne dans la plupart des applications de mobilité terrestre : bicyclettes, trottinettes, scooters, automobiles particulières, fourgonnettes de livraison, poids lourds, autobus, trains à moteur Diesel, etc. (tableau 5).
Cela contribuerait à limiter sensiblement les émissions de gaz à effet de serre (GES), notamment le dioxyde de carbone, car les véhicules thermiques représentent actuellement de l’ordre de 38 à 40 % des émissions de gaz polluants (GES, NOx, pluies acides, etc.).
Dans ce chapitre, nous présenterons quelques réalisations actuelles, toutes utilisant les PEMFC qui ont les densités de puissance les plus élevées (1 à 3,5 kW/kg, 1 à 3 kW/dm3), dans les domaines suivants : bicyclettes, véhicules légers, camions, autobus, trains.
8.1 Bicyclettes
La société Pragma Industries à Biarritz fabrique et commercialise des bicyclettes à assistance électrique (FC-Pedelec) utilisant une petite PEMFC de 200 W et une batterie Li-ion de 50 Wh pour alimenter un moteur Bose de 36 V et 250 W procurant une vitesse maximum de 25 km/h (figure 17). Le stockage de 40 g d’hydrogène est réalisé à 300 bars dans des cylindres de 2 litres. Le coût d’achat est de l’ordre de 7 500 €.
La pile à combustible et le stockage d’hydrogène intégrés à Alpha offrent une autonomie inégalée de 135 à 150 km avec une seule recharge, selon le type de conduite, la topologie et le poids du cycliste.
Pour approfondir cette thématique, on peut se référer à H2-Mobile/vélo hydrogène ( https://www.h2-mobile.fr/actus/velo-hydrogene/).
HAUT DE PAGE8.2 Véhicules légers
Certaines informations de ce chapitre sont issues du site internet H2-Mobile ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BARBIR (F.) - PEM Fuel Cells: Theory and practices. - Elsevier Academic Press, San Diego, Califiornia (2005).
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(2) - KALAMARAS (C.M.), EFSTATHIOU (A.M.) - Hydrogen Production Technologies : Current State and Future Developments. - Conference Papers in Science, vol. 2013, 690627 (2013).
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(3) - VOLDSUND (M.), JORDAL (K.), -ANANTHARAMAN (R.) - Hydrogen Energy. - International Journal of Hydrogen, 41, pp. 4969-4992 (2016).
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(4) - Ordonnance n° 2021-167 du 17 février 2021 - relative à l’hydrogène.
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(5) - - https://www.linde-engineering.com
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(6) - WANG (H.), GAILLARD (H.), HISSEL (D.) - A review of DC/DC converter-based electrochemical impedance spectroscopy for fuel cell electric vehicles. - Renewable...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Systèmes de piles à combustible – Applications fluviale, maritime, aérospatiale et portable.
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GENEPAC : pile à combustible PEMFC issue du partenariat PSA Peugeot Citroën (Stellantis) et CEA.
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Principe des piles à combustible. Piles à membranes basse température.
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Filières de piles à combustible. Piles alcalines et à haute température.
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Piles à combustible PEMFC et SOFC – Description et gestion du système.
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Piles à combustible PEMFC et SOFC – Transferts de chaleur et de masse.
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