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[Dossier] La pile à combustible

Publié : 30/07/2004 - 17:45:59
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Les auteurs de ce dossier sont conjointement Brice CANONNE et Yoann SAPANEL, un grand merci à eux. Vous pouvez retrouver ce dossier sur leur site Internet: http://pileacombustible.free.fr les auteurs remercient particulièrement les membres du CEA et de l'Ademe pour toutes les informations qu'ils ont envoyées suite à leur demande. L'énergie abondante et non polluante, capable de faire rouler les véhicules et faire fonctionner tout appareil électrique, est certainement représent...

Historique

Publié : 30/07/2004 - 17:50:05
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En 1839, un avocat anglais, Sir William GROVE, chercheur amateur en électrochimie, découvre le principe de la pile à combustible. A l'exception de quelques tentatives de développement à la fin du XIXème siècle, on en restera à cette curiosité scientifique durant pratiquement une centaine d'années. Elle trouvera sa première application concrète 130 ans plus tard dans les programmes spatiaux GEMINI et APOLLO. Durant les années 1930, un autre scientifique anglais,...

Fonctionnement de la pile à combustible

Publié : 30/07/2004 - 17:54:01
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Une pile à combustible est un générateur électrochimique d'énergie permettant de transformer directement l'énergie chimique d'un combustible (hydrogène, hydrocarbures, alcools,...) en énergie électrique sans passer par l’énergie thermique. La pile à combustible fonctionne sur le monde inverse de l'électrolyse de l'eau. Ici, on supprime la source de tension, on alimente en hydrogène et oxygène et on constate l'apparition d'une tension électrique entre les deux �...

Les atouts de l'hydrogène

Publié : 30/07/2004 - 17:55:24
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L'hydrogène répond à toutes ces conditions. Il est l'élément le plus abondant de notre planète, essentiellement présent sous forme d'eau. Il permet de stocker et de distribuer de façon souple l'énergie, tout en étant peu polluant, puisque sa combustion produit de l'eau. C'est un produit industriel couramment et massivement utilisé en France dans la pétrocimie et l'industrie chimique. Cependant, l'hydrogène n'est pas directement disponible. La majorité des procédés industriels (95...

Les utilisations possibles

Publié : 30/07/2004 - 17:57:33
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Dans ses débuts, la pile à combustible a été utilisée massivement dans les programmes spatiaux et par les armées. Aujourd'hui, les utilisations potentielles des piles à combustible sont très nombreuses et variées. On distingue trois grandes familles de piles: - Les piles à combustible embarquées (voitures, bus, etc.) - Les piles à combustible stationnaires (centrales de cogénération, etc.) - Les piles à combustible miniaturisées ou "portables" (téléphones portables, ordi...

Les avantages des piles à combustibles

Publié : 30/07/2004 - 18:04:26
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Si les piles à combustibles suscitent un tel engouement, c'est parce qu'elles présentent de nombreux avantages primordiaux aujourd'hui : - Elles produisent de très bons rendements énergétiques. - Elles sont très peu ou pas polluantes (selon le combustible utilisé). - Elles sont silencieuses. - Elles prennent peu de place. - Elles peuvent fonctionner à basse température. - Elles demandent peu d'entretien. Actuellement, le rendement de conversion en énergie électriqu...

Leurs points faibles

Publié : 30/07/2004 - 18:05:43
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Le coût de fabrication d'une pile à combustible pour une voiture est de l'ordre de 5000$. Pour pouvoir la commercialiser, le prix doit être divisé par 50! Mais la pile n'est qu'un élément supplémentaire à notre voiture actuelle, il faut donc encore ajouter le moteur, la voiture... Le coût de la pile à combustible reste LE frein important à sa commercialisation. La construction d'une pile à combustible met en oeuvre des matériaux coûteux : - le catalyseur en platine,...

L'impact sur l'environnement

Publié : 30/07/2004 - 18:07:31
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La pile à combustible est sans doute à l'heure actuelle le moyen le moins polluant pour faire de l'énergie électrique. Pourrons-nous dire adieu à nos batteries en lithium (très polluantes, mais qui peuvent être recyclées) d'ici quelques années? Il y a de grandes chances... Selon le combustible que l'on utilise (on peut utiliser n'importe quel combustible du moment qu'il contient des molécules de dihydrogène) la pile est plus ou moins polluante. Globalement, le méthano...

Lexique

Publié : 30/07/2004 - 18:14:36
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Ce petit lexique pour vous éclairer pendant votre lecture. - Qui peut brûler. Corps, matière combustible. - Substance qui peut entrer en combustion (bois, charbon, essence, méthanol, gaz naturel...) et être utilisée pour produire de la chaleur. Substance qui modifie, sans subir elle-même d'altération appréciable, la vitesse d'une transformation chimique. Génératrice de courant continu. - Pièce conductrice permettant l'arrivée du courant électrique au point ...

Publié : 30/07/2004 - 18:15:46
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Publié : 30/07/2004 - 18:16:06
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Publié : 30/07/2004 - 21:58:31
par jyb
Globalement, le méthanol est comparativement à l'essence bien moins polluant, 97% moins polluant que l'essence. On peut donc dire que d'un point de vue environnemental, il est préférable d'employer du méthanol à l'essence.
Mais il faut également se rendre compte que la pile à combustible alimentée au méthanol réduit la pollution mais pas la circulation automobile. Celle-ci étant une grande source de pollution...
La solution pour l'environnement n'est donc que partielle, elle serait un peu plus proche de la perfection si on employait le pile à combustible mais alimentée directement à l'hydrogène.


Il faudrait peut-être préciser de quel type de polution il s'agit. On a l'impression qu'il est dit

Le méthanol réduit la polution mais pas la polution due à la circulation automobile


Quel sont donc les autres polutions due à la circulation automobile ?

Publié : 30/07/2004 - 23:02:44
par Adrien
Je suppose que ca veut dire que les 3% de polution que produit l'ethanol engendre quand même quelque chose de non négligeable en prenant en compte toute la circulation automobile.

Publié : 31/07/2004 - 1:06:37
par jyb
Ah OK :jap:

Pour le reste, il est pas mal du tout ce dossier ;) !

pile à combustible

Publié : 21/01/2005 - 14:41:07
par kik
un dossier complet compréhensible même pour un non scientifique que je suis:un très bon travail de reherche a été effectué.dommage que ce soit trop cher car l'idée même qu il soit probable de rouler en voiture à combustible m enchante.vivement dans 10 ans!

La pile a combustible n'est pas une source d'énergie

Publié : 25/03/2005 - 21:45:12
par Lebebe
Bonjour,

un bien beau dossier, mais qui n'insiste pas sur un point: l'hydrogène et la pile a combustible ne sont pas des sources d'énergies, ce qu'on lit bien trop souvent (mais pas dans ce dossier).

En effet, il faut produire l'hydrogène et pour ce faire, utiliser de l'énergie produite par un autre système. L'hydrogène n'est donc qu'un moyen de stoker de l'énergie produite autrement.

A l'échelle des besoins énergétiques de la planète, il me semble que la seule manière de produire l'hydrogène nécessaire sera l'utilisation d'électricité produite par des centrales nucléaires (fusion ou fission).

A+

Publié : 29/03/2005 - 12:18:03
par quantX
il s'agit en fait d'une électrolyse de l'eau ... qui donc pollue!!! :bou:

le point sur l'hydrogène

Publié : 09/04/2005 - 17:19:33
par lenel.y
la réaction de l hydrogene avec l'oxygène de l'air, dans la pile à combustible, ne produit que de l'eau.
Cependant, la pollution globale liée à la consommation de l'hydrogène dépend de la manière dont il est produit.
Pour le bilan co2 et pollution, il faut donc considérer la filière hydrogène dans son ensemble, de la production à la consommation, y compris la pollution liée au transport du gaz vers le consommateur.
Bien que l'atome d'hydrogène soit plus abondant (73/100 de la masse de l'univers visible) ,les ressources naturelles en hydrogène moléculaire sont quasi inexistantes, contrairement à celles en gaz naturel ou en pétrole.
En effet, bien que l'hydrogène gazeux existe à l'état de traces dans la nature, sa concentration naturelle est peu probable due à sa grande réactivité vis à vis de l'oxygène.Il faut donc le produire avant de le consommer. Il existe diverses méthodes de production dont les plus courantes sont les suivantes.
L'életrolyse de l'eau: la décomposition de l'eau se fait grace à de l'électricité de différentes origines: nucléaire ou combustibles fossiles(donc production de co2 ) mais aussi à partir d' énergie hydraulique, solaire,éolienne. Notons que l' énergie électrique nécessaire à la décomposition de l' eau sera toujours plus élevée que l'énergie électrique récupérée lors de la réaction inverse dans la pile à combustible
Le reforming du gaz naturel ou de produits pétroliers.Cependant le carbone extait des hydrocarbures est brulé et produit du co2 et donc contribue a l'effet de serre.
A partir de la biomasse ou de bactéries. Dans ce cas, le gaz doit ètre fortement purifié avant d'alimenter la pile à combustible ,ce qui entraine un cout et des moyens techniques considérables.
L'intéret de l'hydrogène réside donc dans son abondance et par le fait qu'il peut etre produit à partir des sources d' énergie les plus variées.
C'est un produit intéressant dans le contexte de diversification des sources d'approvisionnement en énergie ou de pénurie énergétique.

Stockage de l'hydrogène

Publié : 09/04/2005 - 18:00:17
par lenel.y
L'hydrogène est un gaz léger, c'est bien connu.Tellement léger qu'il pose des problèmes de stockage. A contenu énergétique égal, à pression et température ambiantes, il occupe un volume 3400 fois plus grand que le mazout. Pour en transporter des quantités raisonnables, il faut donc le comprimer à 300-350 bars pour le stockage ou le transport sur courte distances, ou le liquéfier à -253°C pour le transport de grosses quantités sur de longues distances ( plusieurs milliers de km). D'autres alternatives,comme le stockage d'hydrogène dans des nanotubes de carbone sont également à l' étude.
La méthode de production de l'hydrogène doit etre adaptée en fonction de l'utilisation de la pile;
Les applications stationnaires ( secteur résidentiel, cogénération, production d'électricité). Actuellement, on préférera produire l'hydrogène sur place, par exemple par reforming du gaz naturel.
Les applications mobiles (transport). Lorsque la pile est embarquée à bord du véhicule, deux voies sont envisageables pour l'approvisionnement en hydrogène
Le stockage de grandes quantités d'hydrogène produit ailleurs et amené dans des stations-services par camion citerne ou par canalisations , est, à l'heure actuelle, encore peu réaliste. On s'oriente donc vers la production d'hydrogène dans les station-service meme. Le reforming du gaz naturel semble la solution la moins couteuse, dans un premier temps.
L'approvisionnement en hydrogène dans les véhicules se ferait sous forme gazeuse, dans des réservoirs à 300-350 bars.
Une autre solution consisterait à effectuer le reforming à bord du véhicule à partir d'un combustible liquide, approvisionné en station-service.Le choix d'un combustible qui pourrait etre stocké dans les infrastructures existantes serait un avantage.
La recherche s' intéresse aussi aux piles à combustible directement alimentées en méthanols.

problème

Publié : 02/05/2005 - 13:01:18
par Quisit
Cet article est interressant mais partial, il aborde le problème sous un mauvais angle (l'hydrogène est une energie non polluante et renouvellable) ce qu'il n'est pas, (comme dit par d'autres plus haut, l'hydrogène n'est qu'un stockage temporaire d'energie, produite grâce à d'autres moyens (nucléaires, thermiques, reformage du gaz)

l'article ignore totalement le coté obscur de la farce ou la minimise à outrance

- rendement electrolyse déplorable (50%)
- perte d'énergie à la compression ou pire, à la liquefaction
- perte de H2 au stockage (et oui, il n'existe aucun reservoir étanche à l'hydrogène !, ils fuient tous dans la durée, car h2, la plus petite molécule dans ce monde, se faufille entre celles du reservoir.
- perte de rendement dans la PAC (50% max)

cumuler ces pertes nous amène a une constatation effarante

l'analyse d'une chaine hydrogène "du puit à la roue" nous montre que le RENDEMENT GLOBAL DE LA FILIERE HYDROGENE EST DE 2 à 9% DANS LE MEILLEUR DES CAS !!!

c'est de très loin inférieur aux plus mauvais des biocarburants, et même inférieur à la simple carburation de gaz naturel, dont l'hydrogène va être issu, directement dans les moteurs thermiques actuels de nos voitures !

Enfin, (comme souligné sur le board de furtura-sciences) il est relativement facile de calculer la qualtité de réacteurs nucléaires nécéssaires à la production de H2 pour un monde equipé de voitures à pile-à combustible : plus de 200 rien que pour la france

c'est infaisable et c'est pourquoi la filière H2 interresse tant de monde : elle arrange les filières automobile et pétrolières actuelles, car c'est avec le gaz naturel et le GPL qu'on produira l'hydrogène, en gros ELLE EVITE LA REVOLUTION ATTENDUE DES CARBURANTS ET DES MODES DE TRANSPORTS ou du moins elle espère la repousser

Ainsi, roulez a l'hydrogène, vous roulerez au fossile sans le savoir, adieu les mirages écolos ou d'autonomie energétique

Quand à ceux qui rêvent d'une filière eoliennr > h2, reveillez vous, il faudrait couvrir la planète d'eolienne pour assurer la seule consommation européenne !

Celà, les auteurs de l'article ne l'ont absolument pas abordé, il est temps de redescendre de son nuage concernant la filière hydrogène

Publié : 02/05/2005 - 13:22:22
par Adrien
Il y a aussi d'autres solution pour la production et le stockage que l'hydrogène seule: l'alcool par exemple. L'alcool contient les atomes d'hydrogènes, qu'on peut extraire facilement pour alimenter une pile à combustible. Il est clairement plus facile à stocker et est moins dangereux. Enfin il est vrai qu'il faut voir plus en détail le rendement et la production.

Publié : 08/05/2005 - 14:54:44
par Brice
bonjour, je suis l'auteur de l'article ;)
juste pour vous dire que notre travail date de 5ans et qu'à l'époque il avait été réalisé pour les TPE de classe de 1ere scientifique au lycée...autant dire que notre dossier doit être prit avec précaution et il me fait plutot sourire aujoud'hui...
dans tous les cas je suis totalement d'accord avec Quisit.

les piles

Publié : 17/05/2005 - 19:29:57
bonjour! moi j'aurais voulu avoir la comparaison entre piles jetables et piles rechargeables. En voici les différentes caractéristiques: facilité d'utilisation, coût, plan écologique, tension et durée.
merci d'avance pour vos réponses

Publié : 27/06/2005 - 21:46:16
par bibi
Mais alors Quisit tu vois pas l'avenir avec la pile a combustible ?? cependant à l'heure actuelle c'est l'un des projet énergétique le plus prometteur malgrés tout les défauts que tu as cité...
Alors comment voyez vous l'énergie du futur?

Publié : 11/07/2005 - 19:23:42
par bouh
l'H2 offre le confort d'utilisation: l'autonomie et le plein de carburant, d'avantage qu'avec les batteries
mais ca a un coût
mais ce coût, pour une fois, n'inclut pas la sécurité (des bouteilles à 700bars d'un gaz très explosif, c'est pas très sécurisant, nettement moins que des batteries. A moins qu'un nouveau stockage de l'H2 apparaisse mais, vu http://www-drt.cea.fr/fr/prog/liten/nte/pac_gene_2.htm, qui date quand même d'1an et demi, ce n'est pas encore l'hypothèse la plus en vue à retenir)

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Alors comment voyez vous l'énergie du futur?
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franchement...