07/02/2008

Introduction et plan

Introduction


Depuis quelques années, la technologie de la pile à combustible est de plus en plus médiatisée. En effet, on peut noter un intérêt nouveau pour cette technologie, après qu’elle est été délaissée durant de longues décennies.

Nous étudierons dans ce TPE comment une pile telle que celle-ci fonctionne, d'où viendrait l'hydrogène (le combustible), comment le stocker, quelles seraient les applications de cette pile, son enjeu enfin.Mais avant tout revenons brièvement sur l'histoire de cette pile et son combustible.
¤L'hydrogène (noté H) est l'élément le plus abondant sur Terre (eau, hydrocarbures, cellules du vivant), mais bien qu'abondant il n'existe pas sous forme directement exploitable: il est associé à l'oxygène dans l'eau et au carbone dans les hydrocarbures, ce n'est donc pas une source d'énergie primaire. Présent dès les premiers temps de l'univers, l'hydrogène est l'ancêtre de tous les autres éléments chimiques. Sa structure est très simple : elle est composée d'un seul proton autour duquel gravite un électron.
¤La molécule d'hydrogène (H2) se présente sous la forme d'un gaz invisible et inodore. Cette molécule est très riche en énergie : 1KG d'hydrogène libère près de 3 fois plus d'énergie que 1Kg d'essence!

¤1766:Le chimiste britannique Henry Cavendish isole un gaz qui donne de l'eau en brûlant dans l'air. On ne parle pas encore d'hydrogène, mais c'est bien de lui qu'il s'agit.
1781:Antoine-Laurent Lavoisier donne le nom d' "hydrogène" au gaz qu'on appelait jusque-là "gaz inflammable". Avec le physicien Pierre-Simon Laplace, il prouve que la combustion de l'hydrogène produit de l'eau.
1804:Le Français Louis Joseph Gay-Lussac et l'allemand Alexander Von Humboldt montrent que l'eau est composée d'un volume d'oxygène et de 2 volumes d'hydrogène (H2O).


¤En 1839, un avocat anglais, Sir William GROVE, chercheur amateur en électrochimie, décrit la première pile à combustible. Elle fonctionne à l’hydrogène et à l’oxygène, à basse température, avec des électrodes de platine et de l’acide sulfurique comme électrolyte.




¤A l'exception de quelques tentatives de développement à la fin du XIXème siècle, on en restera à cette curiosité scientifique durant pratiquement une centaine d'années. Elle trouvera sa première application concrète 130 ans plus tard dans les programmes spatiaux GEMINI et APOLLO.

¤Durant les années 1930, un autre scientifique anglais, F. T. BACON, entreprend de développer un dispositif opérationnel à partir de l'expérience de GROVE. Ses travaux aboutissent vingt ans plus tard à la réalisation d'une pile d'une puissance d'un kilowatt. Toutefois, la découverte et l'industrialisation de la dynamo mirent au placard la pile à combustible jusqu’aux années 1960.

¤La consécration surviendra en 1965 lorsqu’on apprend que les astronautes des capsules GEMINI consomment l'eau produite par les générateurs électriques de leur vaisseau. Ces générateurs sont les premières piles à combustible ayant une utilisation réelle. Les réalisations de BACON suscitent alors un intérêt scientifique et industriel considérable et des programmes de recherche sont initiés dans les principaux pays développés.

¤Ainsi, depuis les années 1970, de nombreux efforts de recherche ont été entrepris par de grands groupes industriels, très souvent aidés par des fonds publics, dans le cadre de programmes nationaux ou multinationaux de diversification énergétique ou de protection de l’environnement.

¤La France ne reste pas à l'écart de ces travaux et tous les grands acteurs du domaine énergétique ont des programmes souvent très importants: GAZ DE FRANCE, ALSTHOM, THOMSON, IFP, RENAULT, Peugeot...

¤A la fin des années 90, les recherches vont être encouragées et financées en partie par l'Etat, qui crée en 1999 le Réseau de recherche technologique "pile à combustible". Ce réseau a été créé par Claude Allègre, alors ministre de l'Education Nationale, de la Recherche et de la Technologie; il rassemble de nombreuses entreprises, centres de recherche et universités françaises.

¤Les entreprises du secteur automobile consacrent une part importante de leur capital pour faire progresser la recherche. Elles ne sont plus les seules, puisque le secteur des appareils mobiles s’y intéresse de plus en plus. Ce phénomène concerne toutes les entreprises ayant une activité en rapport avec l'énergie; ces recherches visent à améliorer le rendement des piles ainsi que leur taille et leur coût de fabrication tout en gardant le même principe de fonctionnement découvert en 1839.


I-La pile à combustible


II-Les différentes applications de la pile à combustible.

IV-Les limites de cette technologie