HySPàC : dernières nouvelles d'un carburant vertueux

Politiques, industriels, scientifiques se penchent de très près sur l’hydrogène. C’est le cas des 250 chercheurs du Groupement de Recherche « Hydrogène, systèmes et Piles à combustible » (GDR HySPàC), lancé par le CNRS, qui couvrent sur l’Hexagone toutes les problématiques liées au sujet. Mais pourquoi un tel intérêt ?

Olivier Joubert : L’hydrogène joue un rôle capital dans la transition énergétique. Il aide à contourner les carburants fossiles, épuisables et polluants. Très énergétique, il est utilisable dans de nombreux formats, depuis la recharge de simples téléphones jusqu’au grandes demandes des véhicules. Dans une voiture, il laisse ainsi une longue autonomie, de plusieurs centaines de kilomètres, avec une recharge courte, en quelques minutes contre plusieurs heures pour les voitures électriques actuelles à batteries. Avec l’hydrogène, on atteint aujourd’hui les performances des moteurs thermiques mais de façon plus propre.

Michel Latroche : L’hydrogène permet aussi d’adapter la consommation électrique à l’offre et à la demande. En stockant l’énergie solaire ou éolienne sous forme d’hydrogène, on rend possible l’utilisation quotidienne et continue de ces sources renouvelables mais intermittentes.

Plus concrètement, en quoi l’hydrogène s’apparente-t-il à un carburant vert et comment agit-il ?

O.J. : Sous la forme d’hydrogène, l’énergie, alors chimique, est plus facilement stockable et transportable. Une pile à combustible permet ensuite de récupérer l’énergie sous forme d’électricité, à partir de l’hydrogène.

M.L. : On a seulement besoin d’eau et de soleil pour produire de l’hydrogène. Ensuite, la pile à combustible produit de l’électricité en ne rejetant que de l’eau et de la chaleur. C’est un cycle vertueux car on restitue l’eau utilisée pour produire l’hydrogène et la chaleur émise peut être à son tour utilisée, par exemple pour chauffer un bâtiment en même temps qu’on l’éclaire. On parle de « cogénération ».

O.J. : L’hydrogène est donc à la base d’un système vert qui vient en complément des batteries classiques. Il existe déjà des technologies matures pour utiliser l’hydrogène.

Dans ce contexte, pouvez-vous nous parler des dernières avancées au sein d’HySPàC ?

M.L. : Parmi les publications récentes, des scientifiques 1  ont montré que les propriétés thermodynamiques de certains matériaux peuvent changer en fonction de la taille des particules qui les composent. Bien que très fondamental, ce travail établit une preuve de concept qui pourrait mener à terme au développement de systèmes de stockage plus performants, à température ambiante.

O.J. : Une autre équipe 2   a développé des nouveaux matériaux de cathode pour pile à combustible à haute température, à base d’oxyde de praséodyme qui est plus simple à produire et plus performant que les matériaux actuels. Une collaboration étroite entre deux équipes 3  a permis la mise au point de nouvelles électrodes autorisant la réversibilité d'une pile à combustible. C’est cette interdisciplinarité qui fait la force du groupement : il regroupe l’ensemble des forces académiques françaises sur le sujet, ainsi que quelques industriels.

Et quels verrous reste-t-il à lever pour le GDR HySPàc ?

M.L. : Les premières difficultés portent sur la capacité de stockage et la durée de vie des piles. Le temps et la cinétique des recharges peuvent varier d’un matériau à un autre. Il y a aussi la question de la récupération et de l’utilisation de la chaleur produite par les piles à combustible pour chauffer des habitations par exemple. Enfin, il reste le défi de la conformabilité : les réservoirs doivent être adaptés aux volumes complexes des systèmes existants (voitures, lignes de production, etc.)

O.J. : Pour faire face à ces questions, la France possède des expertises et des acteurs clés comme le CEA et le CNRS regroupés au sein du GdR : de l’étude des matériaux à l’intégration système, en passant par l’électrochimie, la catalyse ou la chimie du solide. Nous étudions des problématiques qui ne sont pas traitées dans d’autres pays et nous devons continuer d’être à la pointe, au niveau européen comme international.

Justement, comment rester au meilleur niveau de recherche sur l’hydrogène ?

O.J. : Le GdR est une structure pérenne qui donne de la visibilité aux scientifiques et les aide à mettre en place des collaborations fructueuses. C’est efficace. Mais nous avons la volonté de fédérer un réseau plus large, rassemblant des industriels et d’autres académiques.

M.L. : Il y a eu une prise de conscience politique et économique récente sur l’importance de l’hydrogène. Les chercheurs du GdR ont été consultés et écoutés pour la loi sur la transition énergétique, notamment. Mais il faut maintenant que notre GdR se mette plus à l’écoute des problématiques industrielles. Cela permettra aussi d’inciter les industriels à financer de la recherche fondamentale pour déverrouiller leurs problématiques, et apporter des ruptures technologiques pour préparer l’avenir.

• 1Claudia Zlotea, Yassine Oumellal, Mariem Msakni, Julie Bourgon, Stéphane Bastide, Christine Cachet-Vivier, and Michel Latroche, "First Evidence of Rh Nano-Hydride Formation at Low Pressure", Nano Letters 15, 2015, 4752
• 2C. Nicollet, A. Flura, V. Vibhu, A. Rougier, J.M. Bassat and J.C. Grenier, “An innovative efficient oxygen electrode for SOFC: Pr6O11 infiltrated into Gd-doped ceria backbone”, International Journal of Hydrogen Energy 41 (34) (2016) 15538-15544
• 3Audichon, B. Guenot, S. Baranton, M. Cretin, C. Lamy, C. Coutanceau, "Preparation and characterization of supported RuxIr(1-x)O2 nano-oxides using a modified polyol synthesis assisted by microwave activation for energy storage applications" Appl. Catal. B: Environmental 200 (2017) 493–502

Olivier Joubert
Professeur à l'École polytechnique de l'Université de Nantes et chercheur à l'Institut des Matériaux Jean Rouxel, Olivier Joubert est directeur du Groupement de Recherche « Hydrogène, systèmes et Piles à combustible ».

Michel Latroche
Directeur de Recherche CNRS à l’Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est, Michel Latroche est membre du bureau exécutif du GdR HySPàC. Il est également membre expert auprès de l’International Energy Agency et chargé de mission pour I’INC auprès de l’Alliance Nationale de Coordination de la Recherche pour l’Énergie (ANCRE).