Piles à combustible PEMFC et SOFC - Description et gestion du système

Les piles à combustible PEMFC et SOFC font l'objet de deux articles : description et gestion du système [BE 8 595] et transferts de chaleur et de masse [BE 8 596] .

Les piles à combustible dont le principe de fonctionnement, mis en œuvre par Sir William Grove, date de 1839, sont restées pendant de très nombreuses années des dispositifs de laboratoire. Au tournant des années 1960, elles sont devenues des générateurs d'énergie pour les applications spatiales. Leur intérêt pour des applications plus domestiques et plus courantes a ensuite été renforcé par la prise de conscience de l'effet de serre. Toutes les piles à combustible fonctionnent au stade réactionnel avec de l'hydrogène comme combustible et de l'oxygène comme comburant pour former de l'eau mais pour fournir également de l'énergie électrique et de l'énergie calorifique. Elles constituent donc a priori une source parfaite pour lutter contre l'effet de serre. Ce schéma idyllique est un peu théorique (pour ne pas dire simpliste) car le dihydrogène n'est pas présent comme molécule dans la nature et sa production par électrolyse de l'eau ou par reformage d'hydrocarbures ainsi que son conditionnement et son transport sont consommateurs d'énergie et dégagent des gaz à effet de serre. L'approche énergétique ne peut donc être que globale. Néanmoins, le rendement énergétique actuel des piles à combustible laisse présager un gain global et un développement dans le cadre de la filière hydrogène. C'est assurément une voie d'avenir sans que l'on puisse prévoir pour le moment une date de production en série, l'horizon le plus éloigné concernant les applications au transport individuel. D'autres domaines applicatifs risquent de se développer avant. Il s'agit des sources autonomes d'énergie électrique, voire de groupes de secours, ou d'applications stationnaires combinant l'utilisation de l'énergie calorifique et celle de l'énergie électrique (cogénération). Le pilotage est alors basé sur l'énergie calorifique, l'énergie électrique étant utilisée sur place ou renvoyée sur le réseau selon les besoins de consommation à couvrir.

Parmi l'ensemble des types de piles à combustible, l'article privilégie ici les piles à membrane échangeuse de protons PEMFC (« proton exchange membrane fuel cell ») et les piles à haute température SOFC (« solid oxide fuel cell ») qui fonctionnent toutes...