Les entreprises aérospatiales travaillent sur des projets parallèles pour brûler l’hydrogène dans des moteurs à réaction modifiés.

Sur terre, sur mer et dans les airs, les partisans des piles à combustible font la promotion de leur source d’énergie sans carbone préférée.

Les voitures et les véhicules commerciaux, les bateaux et les avions produisent aujourd’hui une force de propulsion en faisant passer de l’hydrogène dans des cellules électrochimiques pour générer de l’électricité – sans que rien d’autre que de la vapeur d’eau propre ne sorte du processus. Parallèlement, les piles à combustible stationnaires fournissent de l’énergie hors réseau et de l’énergie de secours dans des endroits éloignés.

La technologie sous-jacente est victorienne, remontant à une invention de William Grove en 1838, et sa première application significative a été réalisée par la Nasa pour alimenter des vaisseaux spatiaux dans les années 1960. Mais ce n’est que maintenant, après quelques faux départs au cours des dernières décennies, que le marché commercial des piles à combustible commence enfin à décoller. Selon les analystes, il connaît une croissance annuelle de 25 %, avec des ventes prévues de 20 milliards de dollars ou plus d’ici cinq ans.

En tant que technologie motivée principalement par la demande d’énergie propre, les piles à combustible sont confrontées à deux concurrents principaux : la combustion directe de l’hydrogène dans un moteur à combustion, et l’obtention d’électricité à partir d’une batterie rechargeable. Une pile à combustible est essentiellement une batterie chargée par le pompage d’un réactif qui circule ensuite dans la cellule ; une batterie classique, en revanche, est scellée et chargée en inversant la réaction électrochimique.

« À l’avenir, nous aurons un mélange d’options – combustion, piles à combustible et batteries », déclare Celia Greaves, directrice générale de la UK Hydrogen and Fuel Cell Association. « Chacune aura ses avantages et ses inconvénients dans des applications particulières ».

Les véhicules routiers constituent un marché potentiel important pour les piles à combustible, bien qu’elles soient confrontées aux railleries occasionnelles d’Elon Musk, qui a un énorme intérêt pour les batteries et qui a qualifié les piles à combustible de « cellules idiotes » et de « stupidement stupides ».

Dans l’aviation, la valeur d’une augmentation de 1 % de l’efficacité des piles à combustible est beaucoup plus élevée que pour les transports terrestres

Les défenseurs des piles à combustible admettent que, sur le marché des voitures particulières, elles ne peuvent pas, de manière réaliste, rattraper le gigantesque parc installé de véhicules à batterie et l’infrastructure de recharge construite pour les desservir.

Mais certains constructeurs automobiles persévèrent, notamment Toyota, dont la Mirai 2022 – le résultat de près de trois décennies de recherche et de développement – « est aussi proche de l’éco-voiture ultime que possible », affirme Mme Greaves.

L’inconvénient, concède-t-elle, est un prix d’environ 50 000 £ pour une voiture de taille moyenne, moins d’options de ravitaillement et, à l’heure actuelle, des coûts de fonctionnement plus élevés qu’une voiture électrique à batterie comparable.

Certaines entreprises de piles à combustible voient plus d’intérêt à leurs produits dans les grands véhicules commerciaux. Volvo Trucks, par exemple, teste actuellement des camions alimentés par des piles à combustible fabriquées par Cellcentric, une coentreprise entre Volvo et Daimler Trucks basée en Allemagne.

Ils auront une autonomie opérationnelle allant jusqu’à 1 000 km – similaire à celle de nombreux camions diesel – et un temps de ravitaillement inférieur à 15 minutes, bien qu’ils ne soient pas disponibles commercialement avant la fin de la décennie. « Les camions à pile à combustible seront un complément important pour les transports plus longs et plus lourds dans quelques années », prédit Roger Alm, président de Volvo Trucks.

Les bateaux constituent un autre marché tentant. Maritime Partners, un grand armateur américain, prévoit de lancer l’année prochaine un bateau de remorquage (conçu pour pousser les barges sur les voies navigables intérieures) mû par une pile à combustible fabriquée par la société suédoise PowerCell. La société japonaise Toshiba travaille également au développement d’une pile à combustible à hydrogène pour les navires avec une autre société suédoise, Echandia, spécialisée dans les systèmes d’alimentation marine.

Mais les applications à long terme les plus passionnantes des piles à combustible se trouvent peut-être dans les cieux. Les entreprises aérospatiales du monde entier travaillent sur des projets de développement parallèles pour brûler l’hydrogène dans des moteurs à réaction modifiés et pour utiliser le gaz dans des piles à combustible.

C’est le cas de la société britannique GKN Aerospace, qui fait partie de deux consortiums « zéro émission ».

L’un, appelé H2Jet et basé en Suède, développe des moteurs à combustion à hydrogène pour des avions de moyenne gamme qui pourraient être opérationnels en 2035.

L’autre partenariat, plus important, H2Gear, est basé au Royaume-Uni et se concentre sur les piles à combustible pour les petits avions sous-régionaux, qui pourraient voler au début des années 2030. L’hydrogène serait stocké de manière cryogénique sous forme de liquide ultra-froid en dessous de -253C, plutôt que le gaz à haute pression privilégié pour les applications terrestres.

Russ Dunn, directeur de la technologie de GKN Aerospace, voit plus de possibilités d’améliorer les performances des piles à combustible que celles des batteries, « où une énorme quantité de travail a déjà été effectuée. Dans l’aviation, la valeur d’une augmentation de 1 % de l’efficacité des piles à combustible est bien plus élevée que pour le transport terrestre. »

Au niveau mondial, M. Dunn place l’Allemagne en tête du peloton, bien que la Nasa et Boeing aux États-Unis aient le plus d’expérience dans les piles à combustible pour l’aviation. Avec beaucoup de travail précompétitif encore à faire, la recherche et le développement des piles à combustible est « vraiment collaborative en ce moment », dit-il.

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