Les moteurs à hydrogène ou à pile à combustible

[jimmyolsen]

Aujourd'hui, les constructeurs automobiles, dans leur course pour créer la voiture qui ne pollue pas, s'intéressent très sérieusement à une technologie : la pile à combustible. En effet, les moteurs fonctionnant avec cette pile n'ont besoin pour leur fonctionnement que d'hydrogène et d'oxygène et leur seul rejet est de l'eau sous forme gazeuse! A première vue, cette alternative parait être parfaite; mais est-elle vraiment moins polluante que les moteurs diesels ou à essence?

Principe de fonctionnement

La pile à combustible est constituée de deux électrodes (une anode et une cathode), séparées par un électrolyte. Pour fonctionner, elle nécessite un apport de dihydrogène (combustible) et de dioxygène (comburant). Le dihydrogène passe par l'anode où il est oxydé; après dissociation, il se forme des ions H+ et des électrons :
2H2 = 4H++4e-

Les électrons ne pouvant pas passer l'électrolyte, ils passent donc par un circuit annexe sur lequel est placé un dispositif électrique utilisateur (dans la cas d'une voiture, un moteur électrique). Arrivé à la cathode, le dioxygène de l'air se combine avec les ions hydrogène et les électrons qui rejoignent le circuit; il se forme de l'eau :
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O
Cette réaction est exothermique : elle crée de la chaleur qui peut elle aussi être utilisée par la voiture (système de chauffage, ...).
Les voitures à pile à combustible fonctionnent donc grâce à un moteur électrique qui est alimenté par les électrons produits par la réaction d'hydrolyse inverse.
Inconvénients et points négatifs

Le principal problème de la pile à combustible réside dans la fabrication de l'hydrogène nécessaire à son fonctionnement. En effet, celle-ci nécessite de l'électricité; or si la fabrication de cette électricité ne suit pas des procédés écologiques, la pollution est engendrée en amont du véhicule mais est toujours importante. La solution serait donc de développer les centrales hydroélectriques, photovoltaïques et les éoliennes (qui ne serviraient pas forcément qu'à la fabrication de cet hydrogène) et qui elles utilisent l'énergie renouvelable de la nature.
L'autre problème majeur de la pile à combustible est la chaleur qu'elle produit. Pour développer cette technologie, les industriels vont devoir trouver un moyen pour l'utiliser ou l'évacuer.
Un autre point négatif est la dangerosité de l'hydrogène gazeux : il est très explosif et doit donc être stocker rigoureusement dans la voiture. Une solution est d'utiliser un gaz contenant de l'hydrogène et d'ajouter un reformeur embarqué à la voiture. De cette façon, il n'y a plus besoin de stocker du dihydrogène pur.

Récapitulons!

La pile à combustible est à l'image d'un centrale électrique embarquée ou d'une batterie : elle permet, à partir d'un réaction d'hydrolyse inverse entre du dihydrogène (H2) et du dioxygène (O2), de créer de l'électricité qui fait fonctionner un moteur électrique normal. Cette réaction ne créant que de l'eau, les rejets de cette voiture ne sont pas polluants. De plus, le rendement énergétique d'une PAC couplée à un moteur électrique est meilleur que celui d'un moteur thermique traditionnel (jusqu'à 50% pour la PAC contre seulement 21% à 27% pour les moteurs thermiques). Reste à créer un réseau de fabrication propre de dihydrogène, un autre de distribution de ce dihydrogène, à abaisser les coûts de fabrication de ce type de pile et à apprendre à mieux les utiliser (utiliser la chaleur produite, trouver une technique de stockage de l'hydrogène moins dangereuse).