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 La pile à combustible arrive dans notre quotidien !...

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Lola
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MessageSujet: La pile à combustible arrive dans notre quotidien !...   Jeu 18 Mai 2006, 20:22

Forte de ses promesses, cette technologie fait inéluctablement son
chemin dans le marché. Après avoir démarré dans les applications
stationnaires, elle pointe le nez dans les portables. Et se positionne dans
l’avenir comme une alternative séduisante au pétrole dans les transports.
**************************************

Plus que jamais, le marché des piles à combustibles frémit. Dès l’an
prochain, on devrait voir fleurir sur le marché des scooters électriques
propulsés par cette technologie, comme ceux déjà commercialisés par
Yamaha, Honda ou Intelligent Energy. Dans les produits électroniques
nomades comme les PC portables, les téléphones mobiles ou les baladeurs
multimédia que les géants asiatiques de l’électronique préparent la
déferlante pour 2007. Ici, les attentes sont énormes. Le marché est colossal
en volume.

Dans l’automobile, le coréen Hyundai pourrait créer la surprise en
lançant en Chine en 2010 des voitures embarquant une pile à combustible.
Dans les applications stationnaires, le marché est déjà une réalité comme
le démontre le leader des onduleurs APC qui propose dès aujourd’hui une
offre commerciale pour l’alimentation de secours des centres
informatiques.

Si véritablement le temps des énergies fossiles est compté – un demi
siècle encore ? – l’hydrogène, le carburant de la pile à combustible, a
une voie royale devant lui, concrétisant le beau vieux rêve de disposer
d’une source d’énergie continue, « propre » et durable. Ce gaz est
abondant dans l’univers, « brûle » sans polluer ni émettre de CO2, et se
produit simplement tant à échelle industrielle (procédés pétrochimiques)
qu’à échelle locale, voire « artisanale ». Il présente certes quelques
défauts, à commencer par son inflammabilité, source de contraintes
réglementaires, et sa volatilité qui le rend difficile à stocker.

La première vertu de l’hydrogène est d’être propre. Sa recombinaison
avec l’oxygène de l’air n’engendre, il est vrai ni polluants locaux
(particules, CO, Nox), ni CO2. Encore que cette affirmation soit à
relativiser. Le procédé couramment utilisé pour sa production, reformage
d’hydrocarbures, génère en effet du CO2. Tout comme la filière au méthanol,
privilégiée dans la phase d’attaque du marché des applications portables.
Et l’hydrogène industriellement produit à ce jour n’est pas totalement
pur. Ainsi, Gaz de France estime que de l’hydrogène produit à partir de
gaz génère 4 mg de Nox par kWh… cinq fois moins, tout de même que les
procédés thermiques les plus performants.

Le bénéfice environnemental de l’hydrogène est cependant immense car,
contrairement aux carburants qui polluent partout là où ils sont
brûlés, la filière hydrogène n’engendre de rejets que sur le lieu de sa
production. Ainsi, dans l’avenir, le CO2 sera-t-il infiniment plus simple à
piéger et à séquestrer, sur les quelques usines à fabriquer
l’hydrogène.

Pour autant, ce ne sont pas exclusivement des considérations liées à la
raréfaction du pétrole qui motivent cet engouement pour la pile à
hydrogène. Dans le transport, par exemple, le couple moteur + pile offre un
rendement exceptionnel et l’absence de bruit. Dans le domaine des
objets nomades, la pile supplée le tassement des progrès réalisés sur les
accumulateurs, doublant ou triplant d’emblée l’autonomie de ces
appareils. Grâce à la recharge immédiate qu’elle offre, l’utilisateur
bénéficiera d’un fonctionnement ininterrompu tant qu’il disposera de cartouches
de combustible. Plus besoin d’attendre de disposer d’une prise
électrique pour retrouver l’usage de son appareil portable, ni de patienter des
heures pour en recharger la batterie.

Dans les alimentations de secours, la problématique est encore
différente. Là où un groupe électrogène diesel demande une maintenance
régulière et où les batteries obligent à un fastidieux renouvellement, la pile
à combustible offre une parfaite fiabilité pour peu d’entretien. Les
dirigeants d’APC, promoteurs de cette technologie pour l’alimentation de
secours des salles informatiques, affirment que le kWh s’avère plus
économique avec une pile qu’avec un groupe électrogène. Et de toue façon,
le surcoût initial est complètement effacé à la première panne
mécanique! Surtout dans une salle d’informatique bancaire ou chez un
fournisseur d’accès Internet.

De même la PAC résout élégamment le problème d’alimentation en énergie
de régions isolées, hors raccordement électrique. C’est surtout vrai de
pays ou régions riches en énergies renouvelables comme le Canada avec
l’hydraulique, l’Islande avec la géothermie, la Californie avec le
solaire, ou la Scandinavie avec le vent. Avec l’avantage d’offrir une
alimentation énergétique 100% propre dès la source. La synergie de la pile à
combustible avec les énergies renouvelables peut dans certains assurer
l’autonomie énergétique, comme le démontre l’exemple de l’île d’Utsira,
en Norvège. Ici, la population est alimentée en courant par des
éoliennes. En périodes de fort vent, l’excédent sert à produire de l’hydrogène
par électrolyse. Ce combustible est utilisé lors des pics de
consommation ou en périodes de faible vent. La combinaison de la PAC et de
l’éolien assure ainsi l’autonomie énergétique de l’île.

L’Europe du Nord est d’ailleurs véritablement entrée dans l’« ère
Hydrogène ». En témoignent le projet à court terme de 580 kilomètres
d’autoroute à hydrogène reliant Oslo à Stavanger, en Norvège, l’avalanche de
projets de transport propre en Suède, ou encore la kyrielle de projets
d’usine de cogénération (jusqu’à 500 kWe), au Danemark et en Finlande.

L’Amérique du Nord est aussi très en pointe, à commencer par le Canada,
berceau de deux firmes leaders au plan international, Ballard et
Hydrogenics, et la Californie, Eldorado des véhicules zéro-émission. Ainsi,
la province de Colombie-Britannique prétend rien de moins que devenir le
principal marché de l’hydrogène d’ici 2020. Et General Motors, grand
promoteur de la pile outre-Atlantique a fait chiffrer une étude qui
évalue à 10 milliards d’euros la construction de 1 700 stations à hydrogène
sur le territoire américain ! Rien qu’en Californie, d’ici 2010, 150 à
200 stations-service devraient parsemer les routes principales de
l’Etat.

C’est l’Islande qui se montre à ce jour le plus ambitieux. Depuis 1999,
ce petit pays de moins de 300 000 habitant mise sur l’hydrogène pour
assurer son autonomie énergétique à l’horizon 2050. Regorgeant d’énergies
hydraulique et géothermique, aujourd’hui très peu exploitées, il veut
les transformer en hydrogène qu’il substituerait au pétrole dans son
parc de bus, de bateaux de pêche et de voitures. Le plan d’action, dévoilé
en 2001 par le consortium Iceland New Energy, qui regroupe notamment
Daimler-Chrysler, Norsk Hydro et Shell, prévoit six étapes, la dernière
étant l’exportation de l’hydrogène vers l’Europe sous forme liquide à
–253°C.

Les enjeux économiques sont considérables. Selon des estimations
canadiennes, la pile à combustible pourrait donner naissance à une industrie
de 154 milliards de dollars en 2020. Avec à la clé, la création de 15
000 emplois par milliard de chiffre d’affaires et l’émergence de
nouveaux champions comme le canadien Ballard ou la start-up allemande Smart
Fuel Cell. Le Japon, le Canada, les Etats-Unis et l’Allemagne semblent
les mieux positionnés. La Chine entre en course avec un programme R&D de
100 millions de dollars par an.

Les géants japonais de l’électronique, regroupés dans un programme de
R&D de 250 millions de dollars par an sous l’égide du Miti, mettent la
pile à combustible au cœur de leur stratégie de reconquête du marché.
Bousculés par les Coréens et les Chinois dans le marché des piles
portables, ils sont décidés à reprendre le leadership à la faveur de cette
rupture technologique. Ce qui explique l’accélération du développement de
la filière au méthanol pour les applications portables.

En Europe, le développement s’intensifie plutôt dans les transports
avec le démarrage dans le cadre de 7e PCRD du projet HyChain. Coordonnée
par Air Liquide, ce projet amplifie les tests sur les minibus, véhicules
utilitaires, fauteuils roulants, scooters et vélos. Et au lieu de
s’appuyer sur des stations de remplissage d’hydrogène, comme c’est le cas
dans les expérimentations menées jusqu’ici, il testera un nouveau
réservoir en composites qui fonctionne selon sur le modèle des cartouches pour
les portables.

Car malgré ses belles promesses, l’hydrogène, à l’état gazeux, a le
gros défaut de ne pas être «compact » : un litre d’essence a le même
pouvoir énergétique que… 1 500 litres d’hydrogène à pression ambiante !
C’est pourquoi l’usage de ce gaz suppose un transport et un stockage à
haute pression. A 700 bars, par exemple, un litre d’essence équivaut à
trois litres d’hydrogène. C’est la solution couramment admise dans
l’automobile et pour les applications stationnaires. Pour aller plus loin en
réduction de volume, il faut livrer le gaz sous forme liquide à -253° C.
Si la production de froid est contraignante, en revanche le stockage et
le transport se trouvent simplifiés du fait de la faible pression dans
les réservoirs. C’est pourquoi, BMW promeut cette solution sur ses
concept-cars.

Une solution très avantageuse est de stocker l’hydrogène sous forme
d’hydrures, métalliques ou liquides. Ces composés, inertes à température
ambiante, se comportent comme des éponges à hydrogène et libèrent le gaz
sous l’effet de procédés thermique ou catalytique. Ce mode de stockage
parfaitement adapté au transport mais aussi dans les portables au
simple regard de la sécurité : l’hydrogène est « libéré » au moment où l’on
s’en sert. Ainsi, PSA qui teste cette solution sur un camion de pompier
(l’exemple ne doit rien au hasard !) explique qu’en utilisant une
solution aqueuse de borhydrure de sodium, le véhicule ne contient jamais
plus 2,5 grammes d’hydrogène, soit l’équivalent d’un verre d’essence. Seul
inconvénient : la faible densité massique en hydrogène, de 2 à 8% selon
le type d’hydrure.

Le programme européen StorHy (6ème PCRD) contient un volet important
consacré au stockage sous forme d’hydrures, en particulier dans l’optique
de mettre au point les composés les plus légers, à base de magnésium,
de lithium, d’aluminium… Plus récemment est apparue une technologie
danoise (société Amminex A/S), destinée à des piles de faible puissance et
qui simplifie radicalement le rechargement. Ce sont des pastilles
solides gorgées d’ammoniac (NH3) adsorbé par du chlorure de magnésium. Le
composé est stable et libère, par passage au travers d’un filtre
catalytique, 10% de sa masse en hydrogène.

Partout, la recherche s’intensifie et la technologie gagne en maturité.
La normalisation en matière de sécurité de stockage et de transport
avance. Des réservoirs d’hydrogène conformes à la norme ISO11439 sont déjà
fabriqués par des sociétés comme Quantum. Il reste encore à mettre la
technologie à portée des voitures, à convaincre le législateur d’adapter
la réglementation, aujourd’hui défavorable à l’hydrogène, et à gagner
la confiance des utilisateurs.
Thierry Mahé et Ridha Loukil

Comment la pile à combustible fonctionne

La pile à combustible fonctionne selon le principe inverse de
l’électrolyse de l’eau, inventé par l’électro-chimiste britannique William Grove
en 1839. Le cœur comprend une anode (électrode positive) et une cathode
(électrode négative), séparées par un électrolyte (un matériau qui
bloque le passage des électrons). Grâce au catalyseur (platine couvrant les
surfaces actives des électrodes), l’hydrogène (pur ou issu du méthanol)
se combine avec l’oxygène (contenu dans l’air), générant à la fois eau,
chaleur et électricité. Souvent l’eau ainsi produite s’évacue naturellement
dans l’air sous forme de vapeur. La pile au méthanol produit en plus du CO2.
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