La bicyclette à Hydrogène.

5 Avril 2014

Il paraît qu’en 2015 la distribution du courrier de la Poste s’effectuera à l’aide de bicyclettes électriques alimentées par une pile à Hydrogène.

( La Poste et/ou des collectivités locales).

Ce formidable télescopage entre la vieille bécane du facteur et la technologie la plus évoluée en matière d’électricité laisse évidemment soupçonner un poisson d’Avril, eu égard à la proximité du jour des plaisantins.

Mais non, renseignements pris il s’avère que la chose est des plus sérieuses et pourrait d’ailleurs concerner bientôt de nombreux amateurs de vélo dont les mollets manifestent quelques signes de lassitude.

L’engin, fruit d’une collaboration entre les sociétés PRAGMA Industries, CYCLEUROPE, et VENTEC, est promis à la commercialisation grand public dans un ou deux ans sous la marque GITANE.

La pile à combustible est connue depuis la nuit des temps, mais surtout comme curiosité de laboratoire jusqu’à une période récente. Elle est venue sur le devant de la scène grâce à la technologie spatiale qui en en a fait un produit noble, mais toujours assez mystérieux et confidentiel.

Et puis est venu le temps de la révolution énergétique qui a fait sortir des placards des dispositifs exotiques dont certains se sont révélés industrialisables, dont cette fameuse pile si prometteuse pour les voitures électriques, mais aussi pour les bicyclettes et les ordinateurs portables.

Contrairement à ce que prétendent les écologistes, il se déploie aujourd’hui une activité frénétique autour des énergies nouvelles. Certes elles ne font pas toutes la une des médias mais elles n’en constituent pas moins le socle de la transition énergétique, même si les éoliennes et les panneaux solaires occupent le devant de la scène.

(Il est plus facile de brasser de l’air avec une éolienne qu’avec une pile à combustible, dont le fonctionnement subtil n’est familier qu’à quelques spécialistes de la physique quantique appliquée à l’électrochimie).

On sait que le courant électrique est constitué par un flot d’électrons mis en mouvement par un champ électrique. Il suffit donc de se procurer des électrons quelque part, puis de les injecter dans le fil. Tout procédé susceptible de réaliser cette opération est un candidat pour faire une pile. Il y en a beaucoup.

La pile à Hydrogène réalise l’électrolyse inverse. On injecte de l’Hydrogène d’un côté et de l’air de l’autre, et grâce à un catalyseur les électrons des atomes d’Hydrogène sont extraits et constituent le courant électrique qui sort de la pile par une électrode. Ce courant vit sa vie à l’extérieur puis revient par une autre électrode pour se recombiner avec l’oxygène de l’air injecté et le proton qui à sagement traversé l’intérieur de la pile, pour donner de l’eau et un peu de chaleur.

La réalité est un peu plus complexe évidemment, mais c’est l’idée.

On se doute que la mise au point d’une telle pile pose « quelques » problèmes:

- La nature des électrodes.

- La membrane qui doit laisser passer les protons.

- L’électrolyte.

- Le catalyseur.

- L’isolation entre les compartiments.

- L’encrassement des pores de la membrane par les impuretés des gaz.

- Le refroidissement de la cellule.

- Le comportement en hautes températures.

- La gestion des résidus d’eau.

- La protection contre le gel.

- Le rendement en fonction du débit de gaz, de la pression.

- la gestion de la puissance délivrée.

- le coût de fabrication.

- la fiabilité.

- La capacité massique énergétique.

- Etc…

Toutes choses avec lesquelles l’ingénieur doit s’arranger pour présenter un objet utilisable dans toutes les situations, et pouvoir le vendre.

Une cellule élémentaire offre une tension utile d’environ 0,7 Volt. On les dispose en série pour avoir une tension convenable. Le courant max délivré dépend bien sûr de la constitution de la cellule et de la surface active dont dépendra le flux max acceptable d’Hydrogène.

Un calcul élémentaire montre qu’une telle cellule peut délivrer une énergie électrique de 1,75 Wh avec 1 litre d’Hydrogène NL ( Normal Liter, c’est-à-dire dans les conditions normales de température et de pression).

Ce dispositif peut être utilisé à la place d’une batterie, il fonctionnera tant qu’il recevra du gaz.

Il y a donc un réservoir de gaz, qu’il faut recharger quand il est vide, de même qu’une batterie doit être rechargée en électricité.

Mais alors, où est l’intérêt ?

Il réside dans le faible poids de la réserve de gaz par rapport à une batterie, à quantité d’énergie égale. Avec la technologie de fixation d’Hydrogène sur Hydrures métalliques à faible pression ( < 10 Bar) on peut par exemple stocker 450 Wh dans une « bouteille » de 1,6 kg. ( Modèle MH 150 de la Société PRAGMA Industries).

Avec la technologie classique de batterie Lithium-ion la capacité massique est de 100 Wh/kg, soit 4,5 kg pour 450 Wh.

Même en ajoutant le poids de la cellule ( 400 g pour celle qui équipe la bicyclette), la solution pile à Hydrogène reste deux fois plus légère. Le faible poids de la recharge de gaz permet d’en emporter une pour se prémunir contre la panne « sèche », ce qui n’est pas possible avec une batterie Lithium-ion.

Il faut noter toutefois que la technologie Lithium-ion offre un fort potentiel d’amélioration de la capacité massique, la possibilité d’atteindre 300 Wh/kg dans quelques années n’est pas exclue, ce qui la mettrait à égalité de poids avec la pile à Hydrogène.

On aura compris que la réussite ou l’échec d’une telle solution dépendent d’une part de la validité du concept de recharge de gaz Hydrogène, et d’autre part de l’évolution de la technologie des batteries.

Autant il est facile de recharger une petite batterie Lithium-ion sur n’importe quelle prise de courant standard, autant il est problématique de « regonfler » une bouteille de gaz avec de l’Hydrogène, sauf dans une station spécialisée accréditée pour ce genre de sport.

( D’autant plus que le gaz doit être extrêmement pur, à mieux que 99,9% sous peine d’encrasser rapidement la cellule).

Inutile de préciser que de telles stations n’existent pas aujourd’hui sur la voie publique, et encore moins chez le particulier !

Le promoteur, auquel ce problème n’a évidemment pas échappé, mise sur la possibilité de distribuer le gaz Hydrogène sous la forme de cartouches jetables et recyclables qui seraient disponibles dans le commerce (Bureaux de tabac, stations services ).

Reste à savoir à quel prix.

Et également sous quelles conditions ces commerces seraient autorisés à stocker des cartouches d’Hydrogène.

La bicyclette ne suffirait pas à elle seule à rentabiliser le réseau de distribution de cartouches de gaz. Aujourd’hui l’Hydrogène doit être produit pour les besoins de l’industrie à partir d’hydrocarbures, c’est un produit onéreux. Mais demain, grâce au développement de la filière Hydrogène issue de l’électrolyse de l’eau par l’électricité produite en périodes creuses, le prix pourrait être réduit.

D’autres applications sont envisagées pour la pile à Hydrogène, comme les Appareils électroportatifs, les ordinateurs portables, qui pourraient utiliser les cartouches de gaz pour la recharge des accus. La plupart de ces applications fonctionnent sur le mode hybride: une batterie Lithium-ion fournit les forts appels de courant, et une pile à combustible fournit le courant de base de recharge.

Que de chemin parcouru depuis le facteur de « jour de fête », la pile à Hydrogène nous rendra-t-elle l’insouciance des anciens jours ?