LES PILES A COMBUSTIBLE
A) Qu'est qu'une pile à combustible ?
B) Comment se constitue-t-elle ?
C) Son principe de fonctionnement.
E) Les critiques et les avantages.
F) Ses différentes utilisations dans le monde.
La pile à combustible a été
découverte, il y a environ 250 ans.
Mais elle ne fut vraiment expérimentée qu’à la fin du 20e
siècle et depuis 1960, elle est donc de nos jours, d’une très grande actualité.
A )Qu'est-ce qu'une pile à combustible ?
L'énergie fournie par plusieurs éléments chimiques qui ont réagi entre-eux est transformée en électricité par un appareillage :
LA PILE A COMBUSTIBLE.
La pile a combustible ne se décharge pas tant qu'un combustible* et un oxydant* alimentent la pile en continu.
B )Comment se constitue -t-elle ?
Une pile à combustible est essentiellement constituée de deux électrodes* (un pôle positif, un pôle négatif ) et d'un électrolyte*.
Mais il faut aussi qu'elle soit connectée à un circuit extérieur.
Cette pile doit recevoir d'une part un combustible (Hydrogène : H) et d'autre part un comburant* (Oxygène : O).
De plus il faut assurer un contact entre le combustible et le comburant. Pour cela, il faut que les électrodes soient poreuses, (C'est-à-dire qu'elles laissent passer le liquide) et que l'électrolyte soit à la fois un bon conducteur ionique et un isolant électronique.
C) SON PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Une pile à combustible est constituée de deux électrodes (l'anode et la cathode), d'un électrolyte alcalin (il contient des ions hydroxydes et potassium) et d'un circuit extérieur reliant l'anode à la cathode tout en passant par le moteur.
Mais il faut injecter un combustible (hydrogène) à l'anode et un comburant (oxygène) à la cathode pour pouvoir observer les différentes réactions qui vont se dérouler pour produire de l'énergie électrique.
Tout d'abord observons la réaction, qu'il y a avec de l'hydrogène introduit et l'électrolyte à l'anode. Cela donne, l'équation suivante :
2H2 + 4OH- ® 4H2O + 4e-
Puis la réaction, qu'il y a avec de l'oxygène introduit et l'électrolyte à la
cathode.
Cela donne, l'équation suivante :
O2 + 2H2O + 4e- ® 4OH-
(l'eau H2O est apportée du résultat de la première réaction en passant par l'électrolyte et les deux électrons sont apportés du résultat de la première équation par le circuit extérieur).
Si l'on soustrait les deux premières équations nous obtenons l’équation finale
suivante :
2H2 + O2 ® 2H2O +
Watt (électricité)
ou
H2 + 1/2O2
® H2O + Watt (électricité)
Attention :
Il faut alimenter en continu en oxygène et en hydrogène la pile sinon la pile ne produira plus d'électricité. Il faut veiller à évacuer l'eau au fur et à mesure qu'elle se forme, sinon l'eau peut endommager gravement l'électrolyte qui ne fonctionnera plus et donc plus d'électricité non plus.
Schéma du principe de fonctionnement
d'une pile à combustible.
La tension est variable ; elle dépend des électrodes, de la pression des gaz et de la température.
Il existe des phénomènes de polarisation (Comme dans les piles électrochimiques) qui contribuent à réduire cette tension.
Sa valeur est toujours faible ; elle s'exprime en volt.
L'intensité est proportionnelle à la surface des électrodes ; elle augmente avec la température, la pression et l'utilisation d'un catalyseur.
L'énergie chimique se transforme en énergie électrique sans passer par l'intermédiaire de la chaleur (Énergie calorifique).
Rappel : Principe de CARNOT
Énergie chimique ® Énergie
électrique
Perte d'énergie
(Chaleur : Énergie calorifique).
E) LES CRITIQUES ET LES DIFFERENTS AVANTAGES
Les piles à combustible peuvent jouer le rôle de générateurs d'électricité.
Elles ont de nombreux avantages tels que :
- Elles sont silencieuses,
- Elles ne sont pas encombrantes,
- Elles n'emettent ni fumée, ni gaz, ni chaleur, - Leur construction et leur entretien
sont peu coûteux,
- Elles ont un rendement élevé.
- ELLES NE POLLUENT PAS L’ENVIRONNEMENT.
Malgré tous ses avantages, la pile à combustible nous pose quelques petits problèmes
:
- En matière technologique,
- Pour le stockage :
- (difficile de stocker son énergie).
- On devait transporter de l’hydrogène et si il y avait une fuite, tout explosait.
- Performances massiques (par kg de pile).
F) Ses différentes utilisations dans le monde.
La pile à combustible est principalement utilisée dans le
domaine terrestre, en plus en particulier pour la traction automobile. Il existe deux
programmes principaux :
- Le programme Européen HYDRO-GEN (P.S.A)
- Le programme NECAR (DAIMLER-BENZ)
Le programme Européen HYDRO-GEN.
Ce programme fut lancé en janvier 1996 par PSA Peugeot-Citroën.
Son objectif fut de mettre au point un véhicule qui ne fonctionnerait qu’avec de
l’électricité, donc avec une pile à combustible hydrogène/air, pour 1999.
Les recherches sont encore en cours afin d’avoir un meilleur fonctionnement et des
coûts moins chers de fabrication. Mais la pile à combustible prend beaucoup de place,
donc il faut trouver un système afin que l’on puisse être assis confortablement.
Au début d’août 1998, sortit des laboratoires la NECAR 3, un véhicule de type classe A de Mercedes-Benz. Ce véhicule est révolutionnaire car la pile à combustible ne prend presque pas de place, mais aussi car il n’y a plus non plus de réservoir de dihydrogène mais un réservoir de méthanol, non explosif (alcool méthylique CH3OH que l’on extrait du goudron de bois ou de matière organique). Le fonctionnement reste le même, à Air/Hydrogène. Le dihydrogène est fabriqué grâce à un convertisseur qui brûle du méthanol, donc c’est la combustion du méthanol dans le convertisseur qui donne de l’hydrogène. Puis le dihydrogène va réagir avec du dioxygène de l’air et va donner de l’énergie électrique, qui va propulser le véhicule. Il a les mêmes caractéristiques d’un véhicule à moteur ou diesel. De plus, elle ne pollue pas. Elle sera peut-être mise en circulation vers 2004.
La pile à combustible est utilisée dans le domaine terrestre mais ce
n’est pas le seul, elle est aussi utilisée dans le domaine maritime (bateau,
sous-marin) et dans le domaine spatial (vols habités : Gemini, Apollo; les navettes
spatiales).
De plus comme elle ne pollue pas, elle risque de devenir un atout très puissant dans le
prochain millénaire.
Combustible : 1)
Corps qui brûle ; se consume.
2) Matière dont la combustion produit de la chaleur (énergie calorifique).
Retour
Comburant : Se dit d’un corps qui, par combinaison avec un autre,
amène la combustion de ce dernier.
Retour
Oxydant : Qui
se combine avec l’oxygène.
Retour
Electrode :
Conducteur par lequel le courant arrive (anode) ou sort (cathode) dans un électrolyte et
en général dans le milieu où il doit être utilisé.
Retour
Electrolyte : Corps qui laisse passer les ions.
Retour
Les Encyclopédies :
- Encarta 98
- Hachette
Les sites Internet :
- Clean@uto magazine Août 98
- Hybrid@uto magazine
- P.S.A Peugeot-Citroën
Les dossiers
- Clip Art MS WORKS
- Clip Art Microsoft Office
Les dictionnaires :
- Le Robert
- Le Petit Larousse
- Le Quid 88
Meghaizerou Yasmina : Ce dossier m’a beaucoup intéressée, d’autant plus qu’il était agréable à traiter. J’ai beaucoup appris; ces fameuses piles à combustible ont un avenir et elles seront utilisées dans divers domaines, tel que l’automobile que nous avons précédemment présenté. C’est donc avec joie que j’ai travaillé sur ce dossier, avec un bon partenaire.
Limousin Grégory : Les piles à combustible ne polluent pas, elles seront donc d’une très grande utilité dans les années à venir, en faisant ce dossier, j’ai remarqué qu’elle était utilisée dans de nombreux domaines, c’est très bien mais il faudrait qu’elle soit présente dans tous les domaines. C’est pour cela que le dossier m’a beaucoup plu et c’est pour ça que j’ai la joie de la présenter