La pile à combustible est considérée comme une solution d’avenir pour remplacer les véhicules thermiques. Vraie alternative au modèle électrique, la pile à combustible a pour avantage d’offrir une autonomie comparable aux véhicules thermiques, ce que ne peut offrir pour l’instant un modèle électrique.

Histoire

La première pile à combustible fut réalisée en 1839 par William Grove. Cette pile, fonctionnant avec de l’acide sulfurique, resta au stade de prototype, et ne servira que pour des tests en laboratoire. La première pile à combustible électrique fut réalisée en 1932 par Francis Bacon. Cependant, les recherches cessèrent suite au développement des autres types de générateur électrique. Dans les années 1970, General Electric repris les recherches pour l’aérospatiale. Dans l’automobile, les recherches débutèrent dans les années 2000, lorsque les constructeurs japonais s’intéressèrent à ce mode de propulsion. De plus, dans certains États (Japon, Californie, …), la législation est favorable à ce type de propulsion propre. C’est ainsi que divers concepts furent présentés, avant d’aboutir au premier modèle de série, la Honda FCX disponible à la location en Californie et au Japon à partir de 2008. Le premier modèle de série disponible à la vente sera la Toyota FCV en 2015.

Principe de fonctionnement

Une pile à combustible se divise en plusieurs parties. Aux extrémités, il y a une plaque positive et une plaque négative. Ensuite, il y a une anode et une cathode pour faire circuler l’électricité. Au centre, l’électrolyte permet de laisser passer les ions H+ et de faire sortir les électrons. Enfin, elle est dotée de catalyseurs, qui permettent l’accélération des réactions entre les gaz.

Tous ces composants permettent au dihydrogène (H2) et au dihydrogène (O2) d’entrer en réaction et ainsi produire du H+, qui sera stocké dans l’électrolyte et en traversant la cathode, il produira de l’eau (qui sera évacuée par les échappements), de l’électricité et de la chaleur. Pour 1kW d’électricité produite, 1 kW de chaleur est évacué. Cela pose des problèmes de refroidissement dans l’automobile, car une pile qui produit 75 kW (environ 100 ch.) doit pouvoir évacuer 75 kW de chaleur.

Adaptation à l’automobile

Pour faire fonctionner les piles à combustible, on utilise du H2. Ce H2 peut être stocké de manière liquide, solide ou gazeuse. Dans l’automobile, on utilise du H2 à l’état gazeux. Ce gaz est stocké dans un réservoir avec une pression d’environ 700 bars. Le fonctionnement se fait aux alentours de 70°C, l’eau n’est alors pas totalement sous forme gazeuse. Mais ce fonctionnement pose un problème. En effet, sous -25°C, le dégel peut provoquer la casse de la pile. Ainsi, même lorsque l‘on arrête le moteur, la pile continue de fonctionner au minimum pour rester à température.

L’avantage principal de la pile à combustible dans l’automobile par rapport à l’électrique est l’autonomie. Avec une pile à combustible, l’autonomie se situe entre 600 km et 1.000 km (selon la taille du réservoir), alors qu’un véhicule électrique se limite à 300 km. pour l’instant. Cependant, le développement est moins avancé qu’un véhicule électrique, ce qui a pour conséquence qu’il est difficile pour un constructeur de sortir un véhicule à pile à combustible sous les 100.000 €.

Les constructeurs

Les japonais ont pris une avance indéniable dans le développement de la pile à combustible. Le premier véhicule disponible à la location est une Honda, et le premier véhicule disponible à la vente est une Toyota. Cela prouve bien que les japonais ont compris bien avant les autres l’enjeu de l’après-pétrole dans l’automobile. Du côté des américains, le groupe Général Motors a lui aussi lancé des recherches, tout comme Ford. En Europe, les allemands (Daimler en tête) ont déjà bien avancé dans le développement, même s’il n’y a pas de perspective de modèle de série à court terme. La priorité pour l’instant est le développement des véhicules électriques.

L’avenir

Les recherches avancent vite, puisque seulement une quinzaine d’année après le début des recherches, le premier modèle de série est disponible à la vente en 2015. Cependant, deux problèmes se posent. D’abord, le coût, puisqu’un modèle à pile à combustible coûte cher, ce qui limite sa production. Cependant, c’est le même problème qu’a connu l’hybride quelques années auparavant. Ainsi, suite à la mise en production et à l’élargissement de l’offre, les prix devraient baisser assez rapidement.

Le deuxième problème, est la disponibilité du H2. En effet, il existe diverses façons de produire du dihydrogène, mais celles qui sont les plus répandues réclament beaucoup d’électricité, et donc produisent une forte quantité de CO2 (à relativiser par rapport au pétrole). Après la fabrication, le H2 doit être distribué. Or, il existe très peu de stations qui distribuent du H2 dans le monde. Pour espérer vendre des véhicules à pile à combustible, il faudra impérativement développer le réseau de distribution du H2, sinon cela ne pourra pas marcher.

Avec l’hybride et l’électrique, la pile à combustible est la troisième alternative au pétrole dans le domaine de l’automobile. Et surtout, son développement est loin d’être terminé, ce qui permet d’espérer beaucoup pour l’avenir.