RÉSEAU SOL(ID)AIRE DES ÉNERGIES !
Si l'on considère la consommation énergétique finale en Suisse, on constate que, pour 1997, les plus grands consommateurs sont les transports avec 33% et les ménages privés avec 29% de la consommation énergétique totale. La majeure partie de l'énergie ainsi consommée provient de sources non renouvelables, et cela particulièrement dans le domaine des transports (53% de produits pétroliers pour les transports et 25% pour les ménages). En considérant d'autre part le rendement de la transformation de l'énergie finale en énergie utile, le résultat est le suivant: le rendement de transformation pour les transports est de 23%, celui des ménages de 73%. Il est donc évident qu'une amélioration du rendement au niveau des transports a des répercussions importantes sur la consommation énergétique finale. Une amélioration du rendement au niveau des ménages est toutefois également souhaitable.
En ce qui concerne les ménages privés, on promeut surtout une utilisation accrue de pompes à chaleur et d'installations de couplage chaleur-force; pour ce qui est des transports, en particulier les moyens de transport individuels, c'est l'utilisation de systèmes de piles à combustible qui est au centre des discussions. Etant donné qu'il est aussi possible de réaliser des installations de couplage chaleur-force munies de piles à combustible, ces dernières suscitent depuis peu un regain d'intérêt, même si l'historique de leur développement remonte à très loin (elles ont été découvertes en 1842 par Sir William Grove et sont utilisées dans le domaine de l'aérospatiale depuis les années 60).
Dans les piles à combustible, l'oxygène et l'hydrogène sont efficacement transformés en énergie électrique. De plus, elles génèrent peu de bruit et ne présentent pas de parties rotatives. La chaleur résiduelle peut également être réutilisée, ce qui permet d'atteindre un taux d'utilisation de 90%. Le rendement électrique, de 40 à 60%, est également très élevé, et l'on peut même constater une augmentation du rendement lors de l'exploitation à charge partielle.
Il existe 5 types de piles à combustible, qui se distinguent par le genre d'électrolyte utilisé ainsi que par des températures de fonctionnement différentes. Alors que les piles à combustible avec membrane électrolytique en polymère (PEM) et les piles à combustible alcalines fonctionnent à 60-90 °C, celles avec membrane à céramique oxydée sont exploitées à une température variant entre 800 et 1000 °C. Les piles fonctionnant à température élevée permettent en outre d'utiliser d'autres gaz combustibles que l'hydrogène, tels que le gaz naturel, le méthanol et le biogaz. Ceci implique un processus de transformation à l'intérieur des piles à combustible, lequel permet d'éliminer l'hydrogène de la combinaison chimique des gaz combustibles.
Les piles à combustible se prêtent tout particulièrement aux applications mobiles telles que les piles d'ordinateurs portables ou les mécanismes d'entraînement de voitures, ainsi qu'aux applications stationnaires de faible à moyenne puissance. Lorsque des piles à combustible PEM sont utilisées dans des installations de couplage chaleur-force stationnaires, il faut toutefois tenir compte du fait que les rejets de chaleur doivent être utilisés dans le bâtiment même. En effet, il n'est pas possible d'exploiter des réseaux de chaleur avec des températures de départ de 50-70 degrés. Les fabricants d'automobiles, en particulier Daimler-Chrysler, Toyota et GM, travaillent intensivement à développer des véhicules fonctionnant avec des piles à combustible, et ce depuis le début des années quatre-vingt-dix.
L'Institut Paul Scherrer à Würenlignen effectue depuis longtemps des recherches sur les piles à combustible. Ses priorités dans ce domaine consistent à développer des membranes et systèmes pour diverses applications ainsi qu'à mettre au point un objet de démonstration permettant d'illustrer le potentiel d'utilisation des piles à combustible dans des applications mobiles. En outre, diverses installations de démonstration à l'échelle de 100-300W ont été produites en collaboration avec la haute école spécialisée de Soleure, puis mises à disposition d'institutions intéressées, cela à des fins pédagogiques et expérimentales.
L'école d'ingénieurs (El) de Bienne est en train de développer une plate-forme d'essai dynamique pour les piles à combustible PEM. Elle bénéficie pour cela de l'assistance active du PSI et participe en contrepartie au développement de la saisie des données de mesure et de la commande des cycles de test. L'école d'ingénieurs de Bienne entend étudier prioritairement le comportement de piles à combustible PEM soumises aux charges les plus diverses puis, dans un deuxième temps, développer des composants de système (courant continu, convertisseur à courant continu, mécanismes d'entraînement, refroidisseurs) pour piles à combustible.
* Co-auteurs:
Philipp Dietrich, F51 Würenlingen, service pour le transfert de
la technologie
Günther Scherer, F51 Würenlignen, responsable du développement
des piles à combustible
