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RÉSUMÉ
La mobilité est en évolution technologique et sociétale. Nous assistons à une mutation rapide vers la mobilité électrique principalement aujourd’hui à batterie. Un manque d’autonomie et une recharge trop longue sont souvent cités comme les principaux freins au développement des véhicules électriques. Les véhicules à pile à combustible avec un stockage d’hydrogène sous forme comprimée à 350 ou 700 bar peuvent parcourir plus de 500 km, en une seule recharge d’une durée de 3 à 5 minutes ; ils apparaissent plus que jamais comme une alternative crédible aux véhicules actuels. Cet article traite de la technologie des piles à combustible appliquée aux transports terrestres en analysant les aspects technologiques, environnementaux, économiques et politiques.
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Joseph BERETTA : Président d’honneur Avere-France - Président Automobile Technology & Mobility Expertise (AT&ME)
INTRODUCTION
Le véhicule électrique à hydrogène est avant tout un véhicule électrique, fonctionnant avec une chaîne de traction électrique identique à celle utilisée dans les véhicules électriques à batteries déjà largement répandus. Il n’y a pas lieu d’opposer le véhicule électrique à batterie et le véhicule électrique à pile à combustible utilisant de l’hydrogène. La seule différence, c’est la façon dont l’énergie est stockée et délivrée au moteur électrique. Dans un véhicule à batterie, l’énergie et la puissance proviennent de la batterie. Pour le véhicule à pile à combustible (PAC), l’énergie est stockée sous forme d’hydrogène dans un réservoir, la puissance est définie par la taille de la pile à combustible qui génère l’énergie électrique pour le moteur.
Pour une étude générale sur les piles à combustible, le lecteur se reportera aux articles Combustible hydrogène – Production [BE 8 565], Combustible hydrogène – Utilisation [BE 8 566], Transport électrique routier – Véhicules à pile à combustible [D 5 570] et Hydrogène [J 6 368].
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- Version archivée 1 de juil. 2008 par Renaut MOSDALE
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6. Aspects économiques
Pour appréhender les aspects économiques, il faut s’intéresser aux trois dimensions de cette filière que sont les composants du système pile à combustible (PAC), les stations d’avitaillement, la production de l’hydrogène et le coût complet d’usage de ces véhicules.
6.1 Coûts du système pile à combustible
Le coût d’un système pile à combustible se décompose en différents sous-ensembles : la cellule qui est un assemblage membrane électrodes (AME) composé de la membrane et des plaques bipolaires recouvertes de son catalyseur ; les auxiliaires et le réservoir d’hydrogène avec ses systèmes de protection et de distribution associés. Ces coûts sont liés tout à la fois aux matériaux et aux processus de fabrication. La figure 35 montre la décomposition de ces coûts par rapport aux constituants d’une cellule et du système PAC complet.
Au niveau de la cellule, l’électrode représente 51 % du coût, ceci est principalement dû à la charge en platine du catalyseur. Le deuxième poste étant la plaque bipolaire qui doit répondre à des contraintes importantes de résistance à la corrosion et de circulation des fluides. Pour le système PAC complet le stack qui est l’empilement de toutes les cellules représente 50 % du coût, ensuite le management des fluides air et hydrogène.
Les systèmes PAC qui équipent actuellement les véhicules automobiles commercialisés contiennent de l’ordre de 0,12 g de Pt/kWe. Ce qui signifie qu’il faut 12 g de platine pour une pile de 100 kW. Comparativement, les pots d’échappement catalytiques des véhicules diesel de puissance équivalente ont une charge en platinoïdes (principalement du ruthénium, rhodium, palladium et platine) de l’ordre de 3 à 4 g, avec typiquement 2/3 de platine. Pour les véhicules à essence c’est 1 à 2 g de métaux précieux (principalement du palladium et du rhodium). La réduction de la charge en platine par unité de surface dans PAC a été très significativement réduite durant ces dernières années, pour développer une filière automobile à hydrogène. Il apparaît vital de réduire encore la charge en platine d’un facteur 10, voire de s’en passer. Les solutions potentielles consistent à garantir une...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GRIMES (P.G.) - Historic pathways for fuel cells – The new electric century. - IEEE AES Systems Magazine, p. 7-10 (2000).
-
(2) - MOND (L.), LANGER (C.) - A new form of gas battery. - Phil. Mag., vol. 46, p. 296-304 (1889).
-
(3) - BACON (F.T.) - Fuel cells, past, present and future. - Electrochimica Acta, vol. 14, p. 569-585 (1969).
-
(4) - MOSDALE (R.), ESCRIBANO (S.) - * - . – Clefs CEA n° 44, p. 51 (hiver 2000-2001).
-
(5) - MOSDALE (R.), SRINIVASAN (S.) - Analysis of performance and of water and thermal management in proton exchange membrane fuel cells. - Electrochimica Acta, vol. 40, n° 4, p. 413-421 (1995).
-
(6) - MOSDALE (R.), SRINIVASAN (S.) - Modeling analysis of mass transport...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Carburant hydrogène – Spécification de produit – Partie 2 : Applications des piles à combustible à membrane d’échange de protons (MEP) pour les véhicules routiers. - ISO/TS 14687-2 - 2012
-
Hydrogène gazeux et mélanges d’hydrogène gazeux – Réservoirs de carburant pour véhicules terrestres. - ISO/TS 15869 - 2009
-
Considérations fondamentales pour la sécurité des systèmes à l’hydrogène. - ISO/TR 15916 - 2004
-
Appareils de stockage de gaz transportables – Hydrogène absorbé dans un hydrure métallique réversible. - ISO 16111 - 2008
-
Dispositifs de raccordement pour le ravitaillement des véhicules terrestres en hydrogène comprimé. - ISO 17268 - 2012
-
Carburant d’hydrogène gazeux – Stations-services. - ISO/TS 20100 - 2008
-
ed 3.011-13 Fuel cell technologies – Part 1 : Terminology. - ...
ANNEXES
En sus des règles d’homologation classique pour les véhicules thermiques et des règles liées à l’électrification du système de propulsion, les véhicules à pile à combustible sont soumis à des règlements européens spécifiques, comme le CE 79/2009 et sa directive d’application 406/2010. Ces deux règlements imposent notamment d’apporter la preuve de la sûreté de fonctionnement du système hydrogène. Ils imposent également une « réception par type » pour les composants les plus sensibles (ceux à l’intérieur desquels la pression de l’hydrogène gazeux est supérieure à 3 MPa), garantissant leur sécurité par des cycles de tests.
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Ballard (Canada)
Fuel Cells 2000
Société Plug Power
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