Pile à combustible

Pile à combustible

La pile à combustible est un dispositif qui convertit directement l'énergie potentielle de combustibles en énergie électrique. (L'énergie électrique équivaut au travail de sortie.) Par convertir directement, on entend sans brûler préalablement le combustible pour élever la température et convertir ensuite la chaleur en travail. C'est l'étape de conversion de la chaleur en travail des machines thermiques classiques qui est responsable des limites importantes sur le rendement, limites imposées par le deuxième principe de thermodynamique. (Presque tous les mécanismes technologiques que nous utilisons aujourd'hui pour convertir un combustible en énergie sont des machines thermiques : les moteurs de voitures, d'avions et de hors-bord et même les centrales nucléaires. Ce n'est cependant pas le cas des moteurs électriques qui convertissent de l'électricité en énergie.) Les piles à combustible évitent l'étape de conversion chaleur-travail et, par le fait même, les contraintes sur le rendement de la technologie actuelle de conversion de combustible en travail (énergie).

Le principe de la pile à combustible est connu depuis plus de cent ans. Cependant, le développement de la pile à combustible moderne remonte à la fin des années 30, alors que F.T. Bacon met au point une pile à combustible à électrolyte alcalin qui utilise de l'hydrogène et de l'oxygène. C'est de cette innovation que provient la pile à combustible génératrice d'électricité des vaisseaux spatiaux actuels. Les astronautes boivent l'eau potable qu'elle produit comme déchet.

Les applications terrestres de ces piles dans, par exemple, les locomotives, les véhicules miniers, les sous-marins et même dans les centrales électriques sont en cours de planification, de conception ou de mise au point. Une pile à combustible est un dispositif de conversion électrochimique d'énergie, comme l'est une batterie d'accumulateurs (qui convertit l'énergie accumulée dans sa matière en électricité) ou une usine d'électrolyse (qui convertit l'énergie électrique en énergie chimique emmagasinée dans l'hydrogène et l'oxygène, et ce, en décomposant les molécules d'eau). Au siècle prochain, les systèmes de conversion électrochimique de l'énergie se développeront peut-être jusqu'à éclipser les moteurs thermiques omniprésents d'aujourd'hui.

Afin de grandir, de courir, de nager ou de voler, tous les êtres vivants convertissent leur combustible (nourriture) en travail (énergie) par des processus électrochimiques. Toutefois, lorsque, il y a environ deux siècles, l'homme invente des machines pour convertir des combustibles en travail, il ne suit pas la voie électrochimique de la nature. Il invente plutôt les machines thermiques, et ce, en commençant par le moteur à vapeur. La conversion électrochimique d'énergie est en soi plus efficace même si, actuellement, les puissances spécifiques atteintes restent inférieures à celles des moteurs thermiques. Les progrès incessants des matériaux et des catalyseurs pourraient malgré tout augmenter fortement cette puissance. Ces progrès et l'évolution parallèle vers l'ère de l'hydrogène feront presque certainement de la pile à combustible un objet familier de la vie quotidienne du XXI^e siècle.