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Brevets et licences

HELP : un générateur d’énergie verte et nomade

Du dihydrogène en capsule pour alimenter une pile à combustible embarquée sur un vélo à assistance électrique : ce n’est bientôt plus de la science-fiction. A partir d’un nouveau matériau à base de magnésium, des chercheurs de l’Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux du CNRS et du Laboratoire de l’intégration du matériau au système1 développent un réacteur chimique miniature permettant de produire du dihydrogène in situ et à la demande.

Face au changement climatique, les Etats s’engagent à limiter les émissions de gaz à effet de serre et à réorienter les modes de production et d’utilisation de l’énergie. La pile à combustible, ou pile à hydrogène, s’inscrit parfaitement dans cette stratégie de transition énergétique. Elle présente l’avantage de produire une énergie décarbonée, sans émission de gaz à effet de serre : mais le stockage de ce gaz explosif et inflammable est à la fois coûteux et dangereux, et sa production revient cher. Il ne semblait donc pas incarner un vecteur d’énergie idéal jusqu’à l’émergence d’une idée nouvelle : la solution serait, non pas de le stocker, mais de le produire à la demande, in situ.

C’est avec cette ambition que le projet HELP (Hydrogen energy at low pressure) a été initié à Bordeaux, porté par l’Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux du CNRS et le Laboratoire de l’intégration du matériau au système1. Aujourd’hui, les prototypes de la première « capsule de dihydrogène » et de son réacteur sont en cours de finalisation au TechnoShop de la plate-forme Coh@bit2. Légère (elle pèse moins de 50 grammes), sécurisée (la pression est de 5 bars maximum), la capsule, une fois chargée dans le mini-réacteur, est le siège d’une réaction d’hydrolyse de l’eau en présence de magnésium3. Cette réaction, qui produit le dihydrogène, est connue depuis longtemps mais présente un très faible rendement, de l’ordre de 10 à 15 %. Ce blocage est lié à un phénomène de passivation de surface : le magnésium s’oxyde en hydroxyde de magnésium dont la couche protectrice stoppe la réaction. C’est en optimisant la composition du mélange des réactifs et par l’ajout d’additifs que les chercheurs ont développé une technique, aujourd’hui brevetée4, qui augmente le rendement de la réaction à 99 % tout en améliorant sa cinétique.

Pour contrôler la réaction d’hydrolyse et son avancement, le réacteur a alors été doté d’une boucle de régulation électronique. Des capteurs de pression et de température permettent de suivre avec précision la pression de dihydrogène produit et de manœuvrer les électrovannes et les pompes pour gérer les différents flux ou purger l’air. Ce système électronique assure le déclenchement de la réaction à la demande (par exemple lorsqu’un cycliste pédale à moins de 25 km/h dans une côte sur un vélo électrique). Il peut également être couplé à un système hybride : l’énergie produite par la pile à combustible est alors temporairement stockée dans une batterie tampon, qui s’accommode plus aisément des variations de puissance.

Ce groupe électrogène embarqué, constitué par le système « capsule et pile à combustible », peut fournir une puissance de 500 watts et une énergie suffisante pour parcourir 25 à 30 km sur un vélo à assistance électrique. Cette capsule est un exemple d’économie circulaire : le magnésium utilisé peut être puisé parmi les produits secondaires de l’industrie, notamment aéronautique, et le produit final est revalorisable puisque recyclable.

Le projet HELP bénéficie d’un programme de maturation, cofinancé par la SATT Aquitaine Science Transfert, pour valider les bonnes performances techniques et tester la faisabilité industrielle. Il suscite également l’intérêt d’une entreprise locale dynamique pour le développement de cette technologie. Cela démontre très en amont l’existence de réels besoins de marché et augure la possibilité de passer, dès 2019, d’une recherche inventive de laboratoires à une innovation commerciale.

1 CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP.

2 Coh@bit est une « creative open house », fablab et technoshop de l’IUT de Bordeaux.

3 Mg + H2O ® MgO + H2

4 Brevet 15 59518 « Matériau à base de magnésium destiné à la production de dihydrogène ou d'électricité » déposé le 06/10/2015 et en copropriété CNRS/Université de Bordeaux/Bordeaux INP.

 

Contacts :

Jean-Louis BOBET / Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux / bobet@icmcb-bordeaux.cnrs.fr

Fabrice MAUVY / Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux / mauvy@icmcb-bordeaux.cnrs.fr

Jocelyn SABATIER / Laboratoire d’intégration du matériau au système / jocelyn.sabatier@ims-bordeaux.fr

Frédéric BOS / Laboratoire d’intégration du matériau au système / frederic.bos@u-bordeaux1.fr