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Les trois quarts du parc automobile devraient
être constitués, dans les quinze prochaines années,
de véhicules hybrides combinant l'énergie électrique
et la propulsion thermique. Les 25% restant seront entièrement
électriques. Parmi ceux-ci, un véhicule particulièrement
économe et propre pourrait être tiré du prototype
réalisé par les six partenaires européens du
projet Fever. Sa particularité : un moteur alimenté
par une pile à combustible particulièrement respectueuse
de l'environnement.
Electrolyse inversée
"Dans une pile à combustible, c'est la réassociation
d'hydrogène avec l'oxygène de l'air qui permet de
produire un courant électrique ainsi que de l'eau",
explique Jean-Claude Griesemann, coordinateur du projet, directeur
de recherche chez Renault. "Le principe de la pile à
combustible, c'est l'inverse de l'électrolyse, au cours de
laquelle un courant provoque la dissociation de l'eau en hydro gène
et oxygène." Sous l'effet d'un catalyseur, le gaz hydrogène
introduit dans une première chambre de la pile libère
ses électrons qui, captés par une plaque métallique,
donnent naissance au courant électrique. Les noyaux d'hydrogène
- protons - traversent alors une membrane semi-perméable
et se recombinent, dans la seconde chambre, avec l'oxygène
de l'air. L'eau ainsi formée est l'unique rejet de ce système
de production d'énergie parfaitement propre.
La réalisation de ce prototype a rassemblé, durant
cinq ans, différents spécialistes aux savoir-faire
complémentaires. Les Italiens De Nora et Ansaldo ont respectivement
réalisé la pile et assemblé les systèmes
auxiliaires et le réservoir d'hydrogène avec celle-ci.
Le français Air liquide a confectionné le réservoir
d'hydrogène tandis que Volvo (Suède) s'occupait des
simulations et que l'Ecole des Mines de Paris définissait
les paramètres de fonctionnement du système. Le prototype
fut réalisé sur la base d'une Renault Laguna break.
"Les difficultés résidaient avant tout dans la
compréhension des phénomènes physiques qui
se déroulent à l'intérieur du système",
poursuit Jean-Claude Griesemann. L'un des problèmes consiste
à maintenir l'équilibre des pressions d'air et d'hydrogène
de part et d'autre des membranes dans toutes les phases transitoires.
Tout déséquilibre un peu violent est susceptible de
rompre les membranes - et donc de détruire les cellules.
Une autre difficulté vient de la gestion de l'eau, tant celle
nécessaire à l'humidification des gaz et au refroidissement
que celle produite par la pile. Un excès d'eau dans les circuits
empêcherait, par exemple, la bonne circulation des gaz. La
maîtrise des températures est également délicate
parce que tout chauffage exige une consommation d'énergie
qui se ferait aux dépens de la production d'électricité".
Les leçons d'un prototype
Le véhicule expérimental a permis de démontrer
la faisabilité et surtout les performances qualitatives et
quantitatives d'un tel système : zéro émission,
rendement énergétique très supérieur
aux moteurs thermiques, pointe à 120 km/h et une autonomie
seulement limitée par la quantité d'hydrogène
embarquée (500 km pour 8 kg d'hydrogène liquide).
Restent à résoudre, pour en faire une solution industrielle,
les problèmes d'espace (le volume du système ne permet
que deux places passagers, mais le volume des piles s'est considérablement
réduit depuis lors) et de coût. L'objectif considéré
comme économiquement raisonnable serait de descendre à
une échelle de 100 euros/kw pour les batteries, ce qui correspond
à un prix équivalent à deux fois celui du moteur
- actuellement, certaines batteries haut de gamme coûtent
jusqu'à 100 000 euros/kw.
Au-delà de Fever, Renault, De Nora et Air Liquide sont également
associés, avec d'autres partenaires, au projet européen
HYDRO-GEN. Sous la coordination du constructeur français
PSA, celui-ci vise à mettre au point un autre type de véhicule,
utilisant une nouvelle génération de piles à
combustible et de l'hydrogène comprimé.
La production en masse de ce gaz explosif, son transport et sa distribution
représentent néanmoins le principal obstacle à
l'adoption de la propulsion à pile. Les constructeurs (notamment
Volkswagen, coordinateur de l'initiative CAPRI) s'intéressent
donc à la possibilité de le produire directement dans
les véhicules grâce à un "reformeur".
Opération classique dans les industries gazières,
le reformage consiste à oxyder un hydrocarbure (sous l'action
de la vapeur d'eau et de l'air, à haute température
et en présence d'un catalyseur) pour obtenir de l'hydrogène,
du monoxyde de carbone et un hydrocarbure plus léger. Avec
du méthanol, le reformeur ne produit que de l'hydrogène
et du gaz carbonique. Cette solution présente l'avantage
de pouvoir utiliser immédiatement le réseau de distribution
existant et, par ailleurs, le méthanol peut être produit
par des sources très diverses. Les véhicules ainsi
conçus ne seraient plus zéro émission,
mais le très bon rendement énergétique du système
permettrait malgré tout une forte réduction des émissions
de CO2 des véhicules.
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Titre
Fuel cell powered electric vehicle for efficiency and range
(FEVER)
Référence
JOU20301
Programme
Joule 2
Contact
Jean-Claude Griesemann
Département Recherche - Renault
Fax : +33-1-34957713
E-mail
Partenaires
- Renault Recherche et Innovation, Rueil-Malmaison, France
(coordinateur)
- Air Liquide SA, Paris, France
- Association pour la Recherche et le Développement
de Méthodes et Processus Industriels (ARMINES), Paris,
France
- Ansaldo Ricerche Srl, Gênes, Italie
- AB Volvo Technological Development, Göteborg, Suède
- De Nora Permelec, Milan, Italie
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Véhicule expérimental, réalisé
sur la base d'une Renault Laguna break.
Deux problèmes restent à résoudre : l'encombrement
et le coût.
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