De nouvelles piles à combustible microtubulaires pour drones
Publié par Redbran le 25/05/2017 à 00:00
Source: CORDIS-Europa
Grâce à de nouvelles piles à combustible, les drones pourront mener des missions plus longues.

Avec les nouvelles piles à combustible développées par un projet financé par l'UE, les véhicules aériens sans pilote pourront rester jusqu'à cinq heures (L'heure est une unité de mesure  :) dans les airs.

Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...) SUAV (Microtubular solid oxide fuel cell power system development (Development est une revue scientifique bimensuelle à comité de lecture couvrant tous les champs de la génétique évolutive du développement allant de la biologie...) and integration into a mini-UAV) a été lancé en soutien de l'initiative européenne Clean Sky. Il visait à développer des composants de pile à combustible (Une pile à combustible est une pile où la fabrication de l'électricité se fait grâce à l'oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur (par exemple l'hydrogène) couplée à la réduction sur l'autre...) peu onéreux, afin de pouvoir utiliser les piles à combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique...) à oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) solide (SOFC) pour des applications portables ou non.

SUAV s'est axé sur la conception de SOFC à géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types...) tubulaire, ainsi que sur leur intégration dans un système d'alimentation hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique), espèces (croisement interspécifique) ou genres...) comprenant une pile de SOFC microtubulaires et une batterie. Les conceptions tubulaires sont avantageuses parce qu'il est beaucoup plus facile d'assurer la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des...) du carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.).

Durant la conception de la pile à combustible et du système de traitement du carburant, les exigences en poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre....) et en volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) imposées par le système d'avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné par...) sans pilote ont représenté un défi majeur. Les partenaires du projet se sont donc efforcés de concevoir un générateur d'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de...) léger, compact et souple.

Le système hybride développé comprenait une SOFC microtubulaire, une batterie, un dispositif de traitement pour générer le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a...) de reformage et d'autres équipements. Pour le carburant, SUAV a choisi d'utiliser le propane car il fournit plus d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) que l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) et parce qu'il est disponible partout en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire comme une...). On utilise des piles à combustible telles que les SOFC parce qu'elles peuvent convertir les gaz de reformation en électricité, à la différence d'autres types de piles à combustible qui nécessitent de l'hydrogène pur. Il est ainsi possible de réduire la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie...) et la taille du système de reformage du carburant.

Le développement des composants individuels du générateur d'électricité s'est accompagné de la modélisation de la pile de SOFC et des composants associés. Sur cette base, les chercheurs ont développé des modèles informatiques 2D et 3D de dynamique des fluides (La dynamique des fluides est l'étude des mouvements des fluides, qu'ils soient liquide ou gaz. La résolution d'un problème de dynamique des fluides demande normalement de calculer diverses propriétés des fluides comme par exemple la...), afin de prévoir les distributions de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud,...) aux niveaux de chaque cellule microtubulaire et de la pile complète, pour laquelle les contraintes thermiques ont également été calculées.

Compte tenu des exigences strictes en termes de volume et de poids, les membres du projet ont utilisé l'oxydation partielle catalytique comme technique de reformage. Bien que cette technique soit moins efficace que le reformage à la vapeur (), elle produit plus de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) par unité de volume et de poids et n'exige pas d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.).

SUAV a mis au point (Graphie) un générateur à piles à combustible de 280 W permettant des missions de vol prolongées. Au-delà des applications aérospatiales, la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites...) peut également être utilisée pour des alimentations portables, l'alimentation embarquée des véhicules et des démonstrateurs à visée pédagogique. Entre autres avantages, elle pourrait permettre des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de vol plus longs pour la détection des feux de forêt (Une forêt ou un massif forestier est une étendue boisée, relativement dense, constituée d'un ou plusieurs peuplements d'arbres et d'espèces associées. Un boisement de faible...).

Pour plus d'information voir: Projet SUAV
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