Un électrolyseur « low cost » en cours de développement pour les particuliers

Après plus de dix ans de travaux sur l’électrolyse alcaline de l’eau, l’Université Bretagne Sud (UBS) est arrivée à un nouveau stade de développement de son programme de recherche. Elle souhaite en effet concevoir un prototype d’électrolyseur « low cost » pour permettre aux particuliers de produire et épargner leur propre énergie hydrogène en stockant le surplus de production, issu par exemple de panneaux solaires en été. À l’image des batteries lithium-ion qui, au départ, étaient uniquement destinées à un usage professionnel, les chercheurs de ce projet pensent que les électrolyseurs vont se démocratiser et se retrouver, à terme, dans les maisons d’habitation.

L’électrolyse consiste à décomposer des molécules d’H2O sous l’effet d’un courant électrique. Pour cela, deux électrodes (anode et cathode) sont plongées dans de la potasse (un mélange d’eau et de sel d’hydroxyde de potassium), séparées par une membrane afin d’éviter un court-circuit. À la cathode, les molécules d’eau sont dissociées et produisent des bulles d’hydrogène qui remontent à la surface. « Ces bulles naissent et décollent librement, mais cela pose des problèmes car elles ont des propriétés isolantes et elles augmentent la résistance offerte par l’électrolyseur, explique Philippe Mandin, professeur à l’UBS et chercheur à l’IRDL (Institut de Recherche Dupuy de Lôme). Du coup, pour avoir la même intensité, il faut apporter une tension plus importante et l’hydrogène coûte alors plus cher à fabriquer, car les volumes produits sont directement liés à la tension nécessaire pour faire passer cette intensité. »

L’UBS mène un travail de recherche afin de minimiser la tension à appliquer pour obtenir une intensité souhaitée la plus grande dans l’électrolyseur. Pour déclencher l’électrolyse, une tension minimum, appelée tension réversible, de 1,23 volt est nécessaire. Les chercheurs tentent d’optimiser les surtensions appliquées dans l’appareil, en particulier les surtensions ohmiques qui sont notamment liées à la surface et la distance entre les deux électrodes, à la nature de la membrane et la présence des bulles. « Nos travaux consistent à designer l’électrolyseur afin d’améliorer le procédé et surtout son coût, précise le chercheur. Grâce à des modélisations, nous avons démontré qu’en changeant la forme des électrodes, leur hauteur et la distance entre elles, il est possible de réduire la tension à appliquer dans l’appareil. »

Mettre de l’intelligence dans l’approvisionnement électrique

Des microcapteurs vont également être placés dans l’électrolyseur afin de recueillir des informations comme la température ou la densité d’approvisionnement électrique. Actuellement, la plupart des électrolyseurs sont approvisionnés en électricité de manière continue, mais sans réelle maîtrise de ce qui se passe à l’intérieur. « Les bulles naissent aux parois des électrodes et font un peu ce qu’elles veulent, ajoute Philippe Mandin. Nous pensons que la mécanique des fluides peut aider à une meilleure performance de l’électrolyseur en prenant en compte l’écoulement diphasique dans les espaces inter-électrodes. Nous souhaitons mettre de l’intelligence dans l’approvisionnement en électrolyte et en énergie électrique aux deux électrodes. Au lieu de réaliser une alimentation électrique grossière, nous voulons utiliser le degré de liberté temporel pour effectuer une gestion dynamique de cet approvisionnement. »

Ce travail de recherche est réalisé sur un électrolyseur de type alcalin, mais pourra s’adapter à tous les types d’électrolyseurs. Après un long travail de calculs et de modélisations, l’UBS vient de s’associer avec Alca Torda Applications, une société d’expertise en hydrogène, pour construire un prototype. Il pourrait voir le jour à l’issue d’une thèse, dans les 3 ans à venir, et devrait coûter moins de 10 000 euros pour produire 0,5 Nm3 d’hydrogène par heure. « Pour stocker de l’énergie autoproduite, les particuliers ont actuellement la solution des batteries, mais la durée de stockage est limitée à deux trois jours, complète le chercheur. Avec l’électrolyse, l’avantage est qu’il n’y a pas de date de péremption et l’hydrogène peut être stocké très longtemps. Bien sûr, il faut veiller à l’aspect sécurité et il n’est pas question de stocker de l’hydrogène à 700 bar. L’idée est de le stocker à basse pression ; les électrolyseurs commerciaux débitent aujourd’hui facilement de l’hydrogène à 35 ou 50 bar. »