Système pile à combustible
GENEPAC : pile à combustible PEMFC issue du partenariat PSA Peugeot Citroën (Stellantis) et CEA

L’augmentation de la population mondiale, la forte croissance des pays émergents et l’amélioration du niveau de vie se traduisent par une augmentation du nombre de véhicules en circulation. Les conséquences majeures qui résultent de cette évolution sont la pression accrue sur les ressources mondiales de pétrole et l’augmentation du volume des gaz d’échappement issus des moteurs à combustion interne. L’augmentation prévisible du prix du pétrole, de la pollution et des émissions de gaz à effet de serre (GES) avec leurs conséquences sur le réchauffement climatique vont donc jouer un rôle moteur pour stimuler une mutation technologique afin de rendre les véhicules moins énergivores et moins polluants.

La pile à combustible est une des voies les plus prometteuses pour le remplacement des moteurs à combustion interne, notamment pour les applications automobiles. Alimentée en hydrogène, cette dernière n’émet que de l’eau lors de la production de puissance électrique. Souvent associés à des batteries d’hybridation, les systèmes à pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) permettent aujourd’hui de réaliser des véhicules électriques aux fonctionnalités similaires à celles des véhicules thermiques, avec des rendements énergétiques nettement supérieurs.

Le développement d’un tel véhicule nécessite de disposer d’une technologie de pile compacte et capable d’atteindre les niveaux de puissance requis, intégrée au cœur d’un système dédié. Au cours des années 2000, le CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives) et PSA Peugeot Citroën ont conçu une pile à combustible permettant de franchir une nouvelle étape en termes de puissance électrique, de rendement énergétique et de compacité : la pile GENEPAC (GENérateur Électrique à Pile A Combustible), cœur de la réaction entre le combustible (hydrogène) et le comburant (oxygène de l’air) pour produire de l’électricité, de l’eau et de la chaleur. Pour être directement utilisable et intégrable dans un véhicule, un système à pile à combustible a complété ce projet : le système issu du projet FiSyPAC (Fiabilité des Systèmes à Pile À Combustible) soutenu par l’Agence nationale de la recherche (ANR).

Les méthodes mises en œuvre à l’époque pour parvenir aux objectifs de puissance, masse et volume sont décrites dans cet article. Elles constituent une référence sur laquelle peuvent s’appuyer les nombreux travaux d’amélioration engagés sur les piles PEMFC. Quelques exemples de progrès réalisés depuis sont présentés ici. De même, les principaux éléments de la conception et de la caractérisation du système FiSyPAC sont rappelés. Ils sont mis en perspective avec d’une part quelques voies d’amélioration explorées ultérieurement, et d’autre part les performances atteintes sur les véhicules à pile à combustible les plus récents.