1ère partie L’EAU.

E3 EAU ET ENERGIE

1. PILES A COMBUSTIBLE (PAC) . PRINCIPE. Une PAC permet la fabrication d’électricité à partir de l’oxydation sur une électrode d’un combustible réducteur couplée à la réduction d’un oxydant sur l’autre électrode. Il existe plusieurs combinaisons réducteur/oxydant, mais la PAC la plus utilisée et la plus étudiée est la pile dihydrogène/dioxygène.

Schéma d’une pile à combustible dihydrogène-dioxygène. L’anode (pole -) est alimenté en continu par du dihydrogène, la cathode par du dioxygène (de l’air le plus souvent). Ces deux demi-piles sont reliées par un électrolyte isolant (ne permettant pas le passage des électrons) qui laisse passer les protons. Dans le cas de la pile dihydrogène-dioxygène, cet électrolyte est une membrane échangeuse de protons (PEFC). L’oxydation du dihydrogène est catalytique, c'est-à-dire qu’elle se fait en présence d’un catalyseur (souvent du platine). Les électrons produits par cette oxydation sont contraints de circuler dans un fil électrique externe, créant ainsi un courant. Les ions H+ rejoignent la cathode par diffusion dans l’électrolyte. Cette réaction d’oxydoréduction est exothermique : elle libère de la chaleur, énergie utilisable.

Schéma d’une pile à combustible dihydrogène-dioxygène. La réaction bilan d’une telle pile est la suivante : 2H2 + O2 = 2H2O Cette pile ne rejette donc que de l’eau et ne consomme que des gaz. Elle est qualifiée de pile propre.

APPLICATIONS. Il existe différents types de PAC, classés selon la nature de l’électrolyte qui détermine la température de la pile. Le choix d’une PAC dépend de l’application envisagée. Piles stationnaires : par exemple pour alimenter des infrastructures isolées en électricité. Piles portables : on trouve des PEFC dans certains téléphones portables. Piles embarquées : remplaceraient le moteur à combustion des automobiles.

2. PRODUCTION DE DIHYDROGENE. Le principal inconvénient des PAC est l’utilisation du dihydrogène qui n’existe pas à l’état naturel. Il présente cependant beaucoup d’avantages par rapport aux énergies fossiles : non polluant, facilement stockable….

Il existe 3 principaux modes de fabrication du dihydrogène : Electrolyse de l’eau Très coûteux, pas d’émission de gaz à effet de serre. Transformation chimique forcée (par un générateur électrique externe) de l’eau en dihydrogène et dihydrogène. Reformage des hydrocarbures Peu coûteux, polluant (rejets importants de CO2) Rupture à haute température des hydrocarbures. Gazéification à partir de la biomasse ou du charbon Bilan écologique nul mis faible rendement A basse température (900°C) les végétaux sont séchés, fragmentés puis entraînés à la vapeur d’eau. Une partie du gaz (gaz de synthèse) est récupéré. Il contient du H2, du CO, du méthane. Il faut donc encore extraire le H2.

FIN E3