Les voitures à hydrogène sont promises à un bel avenir, à condition de maîtriser le stockage d’énergie. Une nouvelle plateforme de recherches sur ce gaz et son utilisation dans les véhicules a été inaugurée le 21 mars 2016.

Une partie de l'équipe scientifique (crédits : Alexandra Wolf)

Un nouveau mode de stockage de l'hydrogène

Dans la famille des véhicules propres, la voiture électrique à batteries n’est pas seule. Moins connue, mais également prometteuse, la voiture électrique à hydrogène fait aujourd’hui l’objet d’intenses recherches. L’ENSTA ParisTech, membre de l’Institut Carnot M.I.N.E.S, vient d'inaugurer une plateforme de recherche sur l’hydrogène et son utilisation comme vecteur d’énergie, que se soit pour des applications fixes ou pour la propulsion de voitures. Rappelons le principe des véhicules électriques à hydrogène : une « pile à combustible » produit, directement à partir d’hydrogène, l’électricité qui alimente le moteur électrique. Cette réaction ne produit aucun polluant, seulement de l’eau. Mais il reste de nombreux défis, notamment celui du stockage de cet hydrogène. Aujourd’hui, cette molécule très peu dense doit être comprimée dans des bonbonnes ou liquéfiée, avec des contraintes et des inconvénients non négligeables. C’est pourquoi de nombreux scientifiques s’intéressent à un autre mode de stockage : son piégeage dans des matériaux poreux. C’est l’objet des recherches de l’équipe de Didier Dalmazzone de l'Unité Chimie et Procédés à l’ENSTA ParisTech. Ces travaux pourraient aussi grandement bénéficier aux énergies renouvelables intermittentes : les surplus d’électricité d’une  ferme éolienne ou d’une centrale photovoltaïque peuvent être convertis en hydrogène, permettant ainsi le stockage de cette électricité.

Température ambiante

« Nous fabriquons de nouveaux matériaux poreux de la famille des « metal organic frameworks » ou MOF,  explique Didier  Dalmazzone, professeur à l’ENSTA ParisTech. Ces matériaux formés d’atomes métalliques entourés de molécules organiques permettent de construire des structures 3D complexes contenant un très grand nombre de pores capables de retenir des gaz. Nous cherchons à améliorer l’efficacité de cette captation et à augmenter le taux de gaz stocké. » Actuellement, 1 kilogramme de ces MOF est capable  de stocker une centaine de grammes d’hydrogène… à condition que la température soit très basse, -196 °C (la température de liquéfaction de l’azote). Mais à température ambiante, ce taux s’effondre. Or, « notre objectif est de parvenir à ce pourcentage de 10 % d’hydrogène stocké, mais à température ambiante », indique le chercheur. 

Sécurité stricte

La spécificité de cette nouvelle plateforme de recherche sur l’hydrogène est d'incorporer toutes les étapes de la filière "hydrogène énergie", depuis la production, la purification, le stockage, jusqu'à la restitution d'énergie par combustion directe ou par pile à combustible. Elle répondra aux critères de sécurité très stricts pour l’utilisation d’hydrogène. Elle comprendra entre autres un électrolyseur pour la production de ce gaz, et une pile à combustible à haute température. Objectif : étudier le couplage entre les différentes étapes de l’utilisation de l’hydrogène : production, stockage, déstockage et consommation par la pile à combustible. « Nous devons par exemple vérifier que son stockage et le déstockage n’ajoutent pas d’impuretés préjudiciables à la pile à combustible, souligne le chercheur. Nous allons également étudier les interactions entre l’hydrogène et les MOF, ainsi que l’influence des molécules comme le CO2 ou l’eau. » 

Quatre autres centres de recherche de l’Institut Carnot M.I.N.E.S sont partenaires du projet, PERSEE, CTP et CDM pour MINES ParisTech et le département Systèmes Energétiques et Environnement de l’Ecole des Mines de Nantes. Plusieurs industriels spécialisés dans les gaz ou les piles à combustible, sont également attendus, ainsi que des PME. « Nous avons financé cette plateforme, mais ce sont nos partenaires qui la feront vivre », assure Didier Dalmazzone.

Article rédigé par Cécile Michaut, journaliste scientifique

Didier Dalmazzone lors de l'inauguration du Pilote Hydrogène, le 21 mars 2016 (crédits : Alexandra Wolf)