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Hydrogène : une énergie durable pour l'avenir

Air Liquide (Air Liquide est le leader mondial des gaz pour l'industrie, la santé et l'environnement. La société produit 7 milliards de m3 d'hydrogène par an, contribuant pour 1,2 milliard d'euros à son chiffre d'affaires) pilote depuis fin 2008 le programme « Horizon hydrogène énergie » auquel participe le CNRS. Objectif : développer et commercialiser les premières applications de l'énergie provenant de l'hydrogène. Dominique Bernal, directeur des technologies avancées du groupe, expose les défis à relever.

Le journal du CNRS : Quels marchés le programme « Horizon hydrogène énergie » (H2E), lancé fin 2008,cible-t-il ?

Dominique Bernal : H2E a pour but la commercialisation à grande échelle de piles à combustibles (PAC : Dispositif électrochimique qui transforme directement en électricité l'énergie contenue dans la molécule d'hydrogène. La PAC ne rejette que de l'eau, sans aucune émission de CO2) dans les secteurs qui ont besoin d'électricité sans fil, pour lesquels les solutions actuelles sont peu adaptées (batteries à autonomie trop limitée, groupes électrogènes bruyants, polluants, peu fiables…). Ce sont par exemple les flottes captives (Une flotte est dite captive lorsque les véhicules qui la composent s'approvisionnent en carburant, en énergie, dans un lieu qui lui est propre et non dans des stations publiques) de chariots élévateurs, de véhicules administratifs et de transport collectif urbain. Nous ciblons également la fourniture d'électricité de secours pour les sites sensibles (hôpitaux, bases de données informatiques…) et pour les sites isolés telles les antennes de télécommunications non raccordées au réseau électrique. Enfin, nous travaillons au développement de PAC en tant que source d'électricité portable pour les pompiers, le Samu, le secteur de l'événementiel... Pour y parvenir, le programme fédère une vingtaine de partenaires (Parmi eux : Axane, Hélion, Composites Aquitaine, Vicarb, Imphy Alloys, des PME, l'Institut de soudure, le CEA, l'Ineris et le CNRS) autour d'Air Liquide, parmi lesquels le CNRS figure en bonne place (lire l'encadré). D'une durée de sept ans, H2E dispose d'un budget de près de 190 millions d'euros dont 67,6 d'aides apportées par l'établissement public Oséo. Une fois cette étape franchie, la filière sera prête pour l'émergence de l'« hydrogène-énergie » dans le secteur automobile, prévue pour 2015.

Le journal du CNRS : Quels sont les verrous à lever ?

Dominique Bernal : Pour rentrer dans une phase d'industrialisation des PAC, il faut encore améliorer leur performance, leur fiabilité et réduire leur coût de production. Créée en 2001 et spécialisée dans la fabrication de PAC, notre filiale Axane a déjà bien avancé sur ces différents points. Ainsi, une de ses PAC est parvenue à alimenter une antenne relais de téléphonie mobile durant 10 000 heures en continu. En outre, ses travaux ont permis de réduire leur coût de fabrication par dix, pour aboutir à une fourchette de 5 000 à 10 000 euros par kilowatt. Sur cette thématique, plusieurs pistes d'amélioration sont explorées par H2E. Pour le cœur de la pile, nos travaux s'orientent par exemple sur la diminution de la quantité de platine, et la recherche de nouveaux matériaux pour les plaques bipolaires (Les plaques bipolaires assurent la conduction des électrons).

Le journal du CNRS : Les recherches se concentrent aussi sur les technologies de stockage de l'hydrogène...

Dominique Bernal : Tout à fait. L'objectif est de mettre au point des bouteilles et réservoirs à forte densité de stockage qui allient résistance, sécurité, légèreté et ergonomie. Ainsi, nous misons sur le stockage sous forme gazeuse à haute pression (350 à 700 bars), supporté par des matériaux composites en fibre de carbone. Enfin, nous allons développer les technologies permettant de produire de l'hydrogène par électrolyse, à partir d'électricité d'origine éolienne et photovoltaïque. À l'heure actuelle, l'hydrogène est majoritairement obtenu par transformation du gaz naturel. Mais déjà, si l'on regarde l'ensemble du cycle de vie, la propulsion de véhicules par une PAC permet de diviser jusqu'à un facteur deux les émissions de CO₂ par rapport aux carburants pétroliers. Face à la raréfaction des ressources fossiles annoncée, à l'essor de la demande énergétique et au réchauffement climatique, l'hydrogène-énergie est donc vraiment une des solutions pour l'avenir.

Le journal du CNRS : Le programme H2E a-t-il d'autres objectifs ?

Dominique Bernal : Le programme contribuera aussi à l'adaptation de la réglementation sur l'hydrogène pour encadrer ces applications énergétiques. À partir des résultats des travaux qui seront menés, les autorités définiront les normes en matière de sécurité d'utilisation. Sur ce point, le programme s'attelle d'ailleurs au développement de technologies sûres, notamment pour les dispositifs de connexion des bouteilles d'hydrogène. Enfin, H2E mettra en place des démonstrations grandeur nature et des actions pédagogiques afin de familiariser le plus large public avec ce nouveau vecteur d'énergie propre.

LE CNRS MOBILISÉ

Avec huit laboratoires impliqués .( Institut pluridisciplinaire de recherche sur l'environnement et les matériaux ; Laboratoire de mécanique physique ; Laboratoire de mécanique et de physique des matériaux ; Laboratoire d'études thermiques ; Laboratoire d'énergétique et de mécanique théorique et appliquée ; Laboratoire d'électrochimie et de physicochimie des matériaux et des interfaces ; Laboratoire matériaux organiques à propriétés spécifiques ; Laboratoire de combustion et de détonique), le CNRS est l'un des partenaires majeurs du programme H2E. À titre d'exemple, le Laboratoire d'énergétique et de mécanique théorique et appliquée (Lemta Laboratoire CNRS, Nancy Université) travaillera à l'amélioration de la partie active des piles à combustibles (PAC) : « Notre unité va recevoir un million d'euros de l'Etat pour apporter au programme son expertise dans la conception, l'instrumentation et l'analyse du fonctionnement des PAC, précise Olivier Lottin, chercheur au Lemta. Nos travaux pourraient générer le dépôt de brevets. En outre, ce partenariat nous permet d'entrer en contact avec les industriels internationaux à la pointe du domaine. » Deux autres laboratoires impliquant le CNRS travaillent aussi sur les PAC, trois sur les matériaux composites pour le stockage de l'hydrogène et deux sur les aspects liés à la sécurité d'utilisation. Plus généralement, Air Liquide et le CNRS ont plus d'une cinquantaine de collaborations en cours dans le cadre d'un partenariat conclu en 2002.

Propos recueillis par Jean-Philippe Braly

Contact

Dominique Bernal, [e-mail]

Olivier Lottin, [e-mail]

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