Une pile à combustible sous le capot
Des constructeurs automobiles innovants planchent sur le véhicule du futur
Depuis avril 2018, Toyota propose sa berline Mirai à la vente en Suisse. En japonais, son nom signifie «futur». Cette voiture électrique produit du courant à l’aide d’une pile à combustible qui transforme de l’hydrogène et de l’oxygène. Sans produire de gaz d’échappement nocifs. Elle n’émet que de la chaleur et de l’eau – entre huit et neuf litres pour 100 kilomètres. Pour le développement de la pile à combustible, Toyota a commencé en 2004 à mener des mesures au PSI. La grande installation de recherche SINQ de l’institut se prête particulièrement bien à ce type de travaux et les chercheurs du PSI ont de vastes connaissances techniques dans le domaine. Le PSI est ainsi devenu une station de mesure très sollicité par les constructeurs automobiles du monde entier.
En 1999 déjà, des chercheurs du PSI scrutaient pour la première fois l’intérieur d’une pile à combustible sans devoir la détruire, en se servant de neutrons, ces particules qui forment le noyau des atomes avec les protons. A la SINQ, les neutrons sont arrachés à des atomes de plomb, puis redirigés vers différentes stations de mesure. Le faisceau de neutrons peut traverser le métal pratiquement sans subir de changement, alors que des atomes d’hydrogène l’affaiblissent et le dévient fortement de sa trajectoire. C’est pour cette raison que cette technologie est idéale pour identifier l’eau, omniprésente dans les piles à combustible. A la SINQ, il devient possible de visualiser les flux d’eau dans une pile à combustible, même si cette eau est enfermée dans un épais boîtier métallique. Il y a quelques années, les chercheurs ont même réussi à cartographier la répartition de la glace et de l’eau dans une pile à combustible en se servant de deux faisceaux de neutrons différents. Ces connaissances sont importantes, car la glace bouche les pores dans la pile, ce qui peut perturber son fonctionnement. Or si l’on comprend les processus qui se jouent dans la pile, des améliorations ciblées sont possibles.
Les piles à combustibles ne sont pas seulement de bons pourvoyeurs de courant dans des voitures électriques. Le PSI étudie en ce moment sur une plate-forme baptisée ESI (pour Energy System Integration) dans quelle mesure les piles à combustible pourraient contribuer à stocker le courant excédentaire d’origine renouvelable pour qu’il puisse être utilisé ensuite de façon ciblée. L’idée est la suivante: quand le solaire et l’éolien produisent trop de courant, on utilise ce dernier pour dissocier l’eau en hydrogène et en oxygène. Des piles à combustible stationnaires produisent ensuite de nouveau du courant à partir de ces gaz lorsqu’on en a besoin, que ce soit pour le réseau, pour des stations de recharge de haute performance ou encore pour l’alimentation de secours en cas de panne de courant dans les hôpitaux ou les centres de calcul. En collaboration avec l’entreprise Swiss Hydrogen, le PSI a installé des systèmes de piles à combustible dans un container de test à la plateforme ESI. L’objectif des chercheurs est de simuler à petite échelle un environnement industriel, ce qui est impossible en laboratoire.
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