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Il y a beaucoup de manières de réduire la pollution d'une automobile, mais si l'on veut une voiture performante qui ne pollue pas du tout, il n'y a qu'une seule technique : celle de pile à combustible (PAC). C'est le principe de fonctionnement d'une auto équipée d'une PAC alimentée en hydrogène qui est expliqué ici.
Principe général d'une auto équipée d'une pile à combustible
Tous les enfants savent ce qu'est une pile. Bien sûr, très peu en connaissent le fonctionnement, mais ils en ont tous la pratique avec leurs jouets ou walkman. Quant aux adolescents, ils ont quasiment tous des téléphones portables, et sont habitués à en surveiller le témoin de charge ainsi donc qu'à recharger quand cela est nécessaire.
Une batterie (on ne parle plus de pile) de téléphone portable fait donc effet de conteneur, que l'on « remplit » d'électricité chez soi un soir, et que l'on vide doucement les jours suivants : il faut alors recommencer le cycle.
Une pile à combustible par contre, ne peut pas stocker d'électricité , et ne contient rien d'autre que les éléments qui la constituent. Sa seule ressemblance avec une pile ordinaire, ou une batterie, est de pouvoir délivrer un courant électrique en continu. Pour le reste, il est plus juste de la comparer avec un moteur à essence.
Un moteur classique à explosion prend un carburant, de l'essence, le mélange avec un comburant, de l'air, et fournit en échange de ces 2 ingrédients une force motrice qui permet de mouvoir le véhicule. Mais s'il n'y a plus d'essence, le moteur s'arrête.
Une pile à combustible prend elle aussi un carburant, c'est le plus souvent de l'hydrogène, mais on dit combustible, et fournit en échange non pas une force motrice, mais un courant électrique. Une pile à combustible ne peut donc faire avancer une automobile comme un moteur à essence, mais comme ce dernier, s'il n'y a plus de combustible, la pile s'arrête.
Une voiture fonctionnant avec une pile à combustible est une auto avançant avec un moteur électrique, et la fonction de la pile à combustible est de fournir le courant électrique qui fera tourner ce moteur , c'est pour cela que l'on dit que l'hydrogène n'est pas un carburant, mais un « vecteur d'énergie ».
Une automobile fonctionnant grâce à une pile à combustible est donc plus complexe qu'une auto classique, et donc plus chère, mais ses avantages compensent largement ce surcoût.
Principe de fonctionnement d'une pile à combustible
Le principe de fonctionnement d'une pile à combustible est le principe inverse de l'électrolyse de l'eau. Ainsi, là où l'électrolyse de l'eau la dissocie en ses éléments constitutifs : hydrogène et oxygène, la pile à combustible les réunit électrochimiquement pour produire de l'électricité, rejetant ce faisant de l'eau (ou plutôt de la vapeur d'eau, car la plupart des piles à combustible fonctionnent à une température d'environ 80°), et sans la moindre émission polluante si l'hydrogène employé est pur.
Cette réaction s'opère au sein d'un assemblage composé de deux électrodes séparées par un électrolyte, il peut-être liquide, mais il est le plus souvent solide, on le désigne alors sous le terme de membrane.
Avantages d'une auto fonctionnant avec une pile à combustible
• Quasi-absence de pollution sonore : une pile à combustible au maximum de sa puissance n'émet aucun bruit, mais la pompe d'alimentation en hydrogène peut faire un léger bruit, idem le système de ventilation qui lui assure de rester à sa température idéale de fonctionnement. Le moteur électrique enfin, fait un peu de bruit, mais c'est infiniment moins bruyant qu'un moteur à classique, et le moteur ne tourne que pour faire avancer la voiture (il se coupe aux feux rouges).
• Absence totale de tous gaz d'échappements et d'émissions toxiques. Il n'y a pas de combustion, et donc rien qui brûle pour produire des oxydes de nitrogène, ou autre élément toxique, le seul sous-produit du fonctionnement d'une pile à combustible est de l'eau, et qui plus est l'eau la plus pure qui soit puisque uniquement composé d'oxygène et d'hydrogène (équivalente à l'eau déminéralisée, que l'on met dans les fers à repasser).
• Abondance de l'hydrogène : on n'en trouve pas à l'état naturel, mais on en trouve dans les hydrocarbures, ainsi que dans l'eau et donc dans tout ce qui est vivant. La technique la plus simple et la moins onéreuse pour produire de l'hydrogène est aujourd'hui à partir du gaz naturel, mais beaucoup travaillent à développer une technique de fabrication écologique, notamment à partir de la biomasse, de déjections animales, d'algues ou par photosynthèse de bactéries (on trouve en Méditerranée, au large de Naples, des bactéries qui produisent de l'hydrogène à longueur de journée).
Pour une production à grande échelle, la solution la plus viable est cependant l'électrolyse. Il n'y a dans ce cas aucune pollution, mais tout dépend de la manière avec laquelle on produit l'électricité au départ.
Inconvénients d'une auto fonctionnant avec une pile à combustible
• Dangerosité de l'hydrogène : c'est un gaz inflammable et détonnant. Pour cette raison, beaucoup de constructeurs (et des chercheurs partout dans le monde) travaillent à trouver une astuce chimique qui convertirait l'hydrogène gaz inflammable en un liquide inoffensif, facile à stocker et à distribuer, et qu'un dispositif intégré à la voiture, un réformeur, retransformerait ensuite en hydrogène au fur et à mesure des besoins de la pile à combustible.
Ce système a cependant le grave défaut de rendre la voiture encore plus complexe, en lui ajoutant un système de transformation chimique d'un produit liquide en un gaz devant fonctionner en temps réel (la quantité d'hydrogène délivrée doit augmenter immédiatement quand le conducteur appuie sur l'accélérateur), et pire que tout, le carburant qui résulterait de quelque astuce chimique serait patenté, et donc plus cher que ne l'est l'hydrogène, ressource libre, appartenant à tous, et pouvant être fabriqué par tous.
La dangerosité de l'hydrogène peut heureusement être circonscrite par des normes d'usage rigoureuses, c'est vraisemblablement là qu'est la solution.
Une sélection Olivier P./ Sources Moteurnature
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