Parcours D Hydrogène et piles - Ademe
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Parcours D Hydrogène et piles
sommaire
PROJETS
COMBIPOL 3
Technologies d’assemblage de plaques bipolaires et procédés
de dépose de joint d’étanchéité pour pile PEM
CRONOS
Développement d’une pile haute température SOFC à usage micro-cogénération dans l’habitat
EPILOG
La pile à combustible au gaz naturel en passe d’être commercialisée en France.
EXALAME
Complexes catalytiques polyfonctionnels pour assemblage membranes
– électrodes sans Nafion pour pile PEM
HYLOAD
Expérimentation d’un véhicule logistique aéroportuaire à hydrogène opérationnel
« zéro émission » et développement d’une chaîne d’approvisionnement sur site
HYWAY
Démonstration à l’échelle 1 d’un cluster de mobilité hydrogène : analyse des usages en flottes
captives de kangoos électriques équipées de prolongateur d’autonomie à Lyon et Grenoble
NAVHYBUS
Conception et expérimentation d’une navette fluviale électrique hydrogène
pour le transport de passagers à Nantes
PACMONT
Intégration et adaptation de piles à combustible pour applications en haute montagne
et environnement polaire
PREMHYOME Mise en forme et procédé industriel de fabrication de membranes hybrides pour piles PEM
PRODIG
Pronostic de durée de vie et garantie de systèmes piles à combustible
THEMIS
Conception et expérimentation d’un système d’alimentation électrique pour sites autonomes
VABHYOGAZ
Valorisation de biogaz pour produire de l’hydrogène renouvelable : conception
et expérimentation d’un démonstrateur de 5 Nm3/h sur le site d’une installation de stockage
de déchets non dangereux
VALORPAC
Intégration et expérimentation d’un système pile haute température SOFC valorisant différents
gaz issus de la biomasse
sommaire
Parcours D
Hydrogène et piles
COMBIPOL 3 Démarrage : 09/2014
Durée : 36 mois
Technologies d’assemblage de plaques bipolaires et Coût total : 541 743 €
procédés de dépose de joint d’étanchéité pour pile PEM Coordinateur : CEA le Ripault
Projet accompagné dans le cadre de l’APR TITEC 2014
Partenaires : AREVA SE
Contexte
Écologiquement soutenable, techniquement performante et innovantes pour réduire les temps de cycle tout en garantissant
économiquement concurrentielle, la technologie pile à com- une meilleure étanchéité des systèmes. La première partie de
bustible PEMFC possède tous les atouts pour être un des l’étude porte sur l’optimisation des caractéristiques physiques
grands générateurs d’énergie de demain. des plaques bipolaires (épaisseur, parallélisme, flexibilité) pour
faciliter les opérations d’assemblage des stacks. La seconde
Le déploiement de cette technologie est cependant actuel- partie verra la mise en œuvre de technologie de surmoulage et/
lement limité par son coût. La réduction des coûts, élément ou d’assemblage des plaques par adhésion physique, dans une
essentiel, pourra être atteinte non seulement par la recherche perspective d’industrialisation.
et le développement de matériaux innovants répondant encore
mieux au cahier des charges avec de nouvelles fonctionnalités Déroulement
mais aussi et surtout par la diminution du coût de fabrication
des composants (plaques bipolaires, membranes et électrodes). Les plaques bipolaires sont obtenues par assemblage de 2
demi-plaques qui sont ensuite équipées d’un joint pour assu-
Le CEA le Ripault, en collaboration avec AREVA SE, a ainsi rer l’étanchéité avec les assemblages membrane/électrodes
développé une technologie de fabrication de plaques bipolaires (AME). Ce projet s’appuie donc sur les études antérieures
composites répondant aux critères techniques et économiques menées dans le cadre des projets COMBIPOL 1 et 2 qui ont vu le
du marché. développement respectivement de la famille de matériau et du
procédé de moulage par thermocompression.
Objectifs
Les différentes phases de ce projet consistent à :
Pour accélérer l’industrialisation de ce procédé, il convient de • Développer une technologie d’assemblage des demi-plaques
franchir une étape pour proposer des composants intégrants par des procédés chimiques ou physique.
plus de fonctionnalités. L’objectif de ce projet est donc de déve- • Développer une technologie de conception de joint d’étan-
lopper des technologies d’assemblage des plaques polaires chéité plaques bipolaires/AME.
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• Valider ces technologies au sein de stacks de puissance (1.5 Application et valorisation
kW et 15 kW). Un stack de 15 kW pourra être implanté sur un
système de production d’électricité à partir d’hydrogène produit Applications :
par des EnR (plateforme Myrte près d’Ajaccio). Les plaques bipolaires composites sont destinées au marché
• Étudier les aspects recyclabilité et réaliser les études techni- des piles à combustibles PEMFC pour des applications sta-
co-économiques en vue d’un transfert de technologie. tionnaires telles que la production locale d’électricité (alimen-
tation des sites isolés, générateurs de secours), le stockage
Caractère innovant d’énergie (soutien au réseau, valorisation des EnR), la cogéné-
ration ou l’embarqué (aéronautique, poids lourds…). La société
L’intégration de fonctionnalités sur les plaques doit permettre Plastivaloire est détentrice d’une licence d’exploitation de la
de renforcer la valeur ajoutée des plaques bipolaires tout en technologie de fabrication de plaques bipolaires CEA.
réduisant les coûts d’assemblage et donc des cœurs de pile,
ce qui positionnera favorablement cette technologie. Ce projet Valorisation :
doit permettre, à terme, l’émergence d’une filière française de Les plaques bipolaires sont des matériaux conducteurs électro-
fabrication de plaques bipolaires pour les piles à combustibles niques (100 S.cm-1 en transverse) et thermique (13 W.m-1.K-1
PEMFC. en transverse) très résistants à la corrosion. Ces propriétés sont
valorisables dans le domaine des matériaux conducteurs anti-
Où en est le projet ? corrosion.
La première partie de ce projet a consisté à mettre en service
un équipement de réalisation de plaques bipolaires pour la
fabrication de plaques au design des stacks de puissance déve-
loppés par AREVA SE (ASE). Un moule équipé d’un système
de chauffage par induction a été conçu en lien avec la société
Roctool. Il a été monté sur une presse de 600 tonnes.
Un premier axe d’optimisation du procédé a consisté à travail-
ler sur la diminution de l’épaisseur des demi-plaques pour des
gains de matière et de compacité du système. L’épaisseur des
demi-plaques hydrogène a ainsi été diminuée de 20% (2mm)
et celle des demi-plaques oxygène de 30% (1,5 mm), avec des
épaisseurs d’âme (entre les canaux de refroidissement et de
gaz) de l’ordre de 600µm.
Le second axe de travail a consisté à réduire les contraintes
résiduelles au sein des matériaux, afin de limiter les déforma-
tions lors du refroidissement complet des plaques.
Un procédé optimisé de moulage des plaques a été défini et Presse 600T équipée d’un moule à induction
mis en œuvre pour la réalisation de plaques bipolaires pour les
études d’assemblage.
La seconde partie de ce projet a consisté à développer des tech-
niques d’assemblages et de jointage des plaques. Ces études
sont évaluées par la réalisation de stacks de 1.5 kW testés en
pile à combustible sous H2/O2.
L’assemblage par dépôt automatisé d’un cordon de colle a fait
l’objet d’un démonstrateur dont les performances ont été vali-
dées en pile. Ces opérations sont actuellement transposées
à un stack de puissance de 15 kW. La suite de ce projet sera
consacrée à l’évaluation de techniques d’assemblage par des Plaques bipolaires Ministack 1.5 kW
voies physiques.
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Parcours D
Hydrogène et piles
cronos Démarrage : 12/2013
Durée : 26 mois
Développement d’une pile haute température SOFC à Coût total : 591 618 €
usage micro-cogénération dans l’habitat Coordinateur : CEA Liten
Projet accompagné dans le cadre de l’APR TITEC 2013
Partenaires : Auer, Enercat
Contexte
Les piles à combustible sont des alternatives énergétiques ligne de fabrication industrielle d’appareils de cogénération
actuelles prometteuses grâce à leurs rendements élevés et à leurs domestique basée sur des piles à coût optimisé, et présen-
incidences favorables sur le plan de l’environnement. Parmi les tant des performances électrochimiques et une durabilité
différentes familles de piles à combustible, la technologie à oxyde satisfaisant au cahier des charges du marché ciblé.
solide SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) présente un avantage compte Pour préfigurer cette future ligne de fabrication, le projet
tenu de son rendement électrique plus élevé et de son utilisation vise à définir et valider des procédés de fabrication transfé-
simplifiée avec divers combustibles carbonés et se prête particu- rables industriellement et à étudier le changement d’échelle.
lièrement bien à la production d’électricité décentralisée et à la
cogénération (Figure 1). Déroulement
De plus, la nouvelle réglementation thermique (RT 2012) conduit Ce projet est centré sur un travail d’évaluations techni-
à des bâtiments nécessitant plus d’électricité que de production co-économiques. Ce lot débute par une étude de marché
de chaleur, ce qui est favorable à l’emploi des SOFC au vu de leur définissant un scénario de fonctionnement et de pilotage
rendement électrique. pour la pile. Cette tâche définit le cahier des charges tech-
nique et économique selon l’usage du système et guide les
travaux des autres lots. Ce lot conclut le projet par une éva-
Objectifs luation des coûts : stack, chaudière complète et des lignes
de fabrication pilotes (cellules, stacks). Un deuxième lot
Le projet vise à développer un appareil de micro-cogénération porte sur le design d’une cellule bas coût, la fabrication et le
domestique contenant une pile à combustible à haute température contrôle de sa conformité au regard des objectifs.
utilisant des cellules à oxydes solides (SOFC) via la définition du
système, l’optimisation de son rendement et des études de pré-in- En symétrique, un troisième lot a pour but la conception
dustrialisation. de stacks bas coût, la fabrication et le contrôle des empi-
Ce projet à caractère technologique a pour objet de définir une lements SOFC, en termes de qualité et de conformité aux
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objectifs d’un point de vue performance. Deux générations de produite.
stacks ont été réalisées sur les deux ans du projet de manière à
intégrer une boucle d’amélioration. Application et valorisation
Un lot 4 permet de définir le système SOFC et sa stratégie Cette technologie a atteint une maturité lui permettant de
de fonctionnement pour la micro-cogénération à nouveau en quitter les laboratoires. Grâce à divers programmes de soutien
réponse à l’étude de marché du lot 1. financier, le nombre de systèmes installés utilisant des piles
Enfin, le lot 5 vise à définir l’intégration de la pile au sein même SOFC s’approche du millier en Europe mais reste en retrait par
de l’appareil de cogénération. rapport au Japon où plus de 3000 systèmes ont été installés à
ce jour. Les systèmes SOFC de cogénération chaleur-électricité
Caractère innovant sont à un stade de développement avancé et peuvent prétendre
à une croissance importante en termes de production indus-
Le caractère innovant du projet porte sur le design même de la trielle pour le marché « stationnaire». Ces systèmes pourraient
pile, visant un coût optimal associé à des cellules optimisées constituer la prochaine génération de chaudière individuelle.
d’origine française. L’assemblage étant également une étape Toutefois, une forte diminution des coûts semble indispensable
critique pour le succès de l’empilement, des solutions inno- à leur percée. Les applications en secteur petit industriel et ter-
vantes ont été mises en œuvre, pour la réalisation des étanchéi- tiaire devraient permettre au système de fonctionner en continu
tés, des revêtements ou du système de serrage. et d’offrir un meilleur retour sur investissement pour des prix de
marché plus élevés.
Synthèse des résultats
Ce projet a permis le développement de deux générations de
piles à combustible à haute température utilisant des cellules à
oxydes solides (SOFC). Pour la 1ère génération d’empilement,
des puissances de 1.2kWe à 1.5kWe ont été atteintes mais à
faibles rendements (20-25%). Des modifications de design
de la distribution des gaz permettant des taux d’utilisation du
combustible au-delà de 70% ont été introduites pour la 2ème
génération. Ce prototype, testé pour la première fois avec son
système de serrage autonome (Figure 2), a permis d’atteindre
0.4W/cm² à 50%/PCI de rendement électrique conformément
à la cible du projet (Figure 3).
Figure 2 : Empilement muni de son système
de serrage autonome
Une étude environnementale a montré que le gain obtenu en Figure 1 : Représentation schématique d’un appareil de
co-génération domestique dans son environnement
termes de performance technique permet de réduire de plus
de 50% l’impact environnemental du kWh électrique produit
avec le stack (Figure 4). Cette étude a mis en évidence que la
performance technique, les besoins en nickel au niveau de la
cellule ainsi que la consommation d’électricité sont trois leviers Figure 4 : Performance environnementale comparée de la
production d’électricité avec deux générations de stack
d’amélioration technique à fort potentiels en vue de réduire les Figure 3 : Courbes de performances, puissance
et rendement/PCI de l’empilement à 800°C
du projet Cronos - Méthode de calcul des indicateurs
d’impacts environnementaux : Impact2002+.
impacts environnementaux de la technologie SOFC.
Partenaires
Enfin, une évaluation technico-économique d’un premier sys-
tème de cogénération complet a été estimé pour un volume de
production de 300 systèmes/an, puis extrapolée pour 6 000
systèmes/an (part de marché visée en 2020) où un gain d’envi-
ron 50% pourrait être obtenu, puis pour 60 000 systèmes/an.
Cette première évaluation montre que la chaudière SOFC de 1 CONTACTS
kWe serait 4 à 5 fois plus chère qu’une chaudière à condensa-
tion classique mais remplit néanmoins des fonctions différentes Email : charlotte.bernard@cea.fr
en assurant la fourniture de chaleur au logement et le soutien Site internet : www-liten.cea.fr
au réseau électrique 8h par jour par injection de l’électricité
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Parcours D
Hydrogène et piles
EPILOG Démarrage : Octobre 2013
Durée : 30 mois
La pile à combustible au gaz naturel en passe Coût total : 324 000 €
d’être commercialisée en France. Coordinateur : GrDF
Partenaires : ENGIE - VIESSMANN - COSTIC
Contexte
En 2015, la loi de transition énergétique pour la croissance verte par la société VIESSMANN. À l’issue de 2 années complètes de
a validé le passage d’une réglementation thermique vers une fonctionnement, le consortium d’experts a pour mission de vali-
réglementation environnementale. Dans les bâtiments neufs, der les performances de la technologie et de contribuer à son
cette dernière va généraliser le concept de bâtiment à énergie intégration dans la Réglementation Thermique et à la prépara-
positive, prendre en compte les émissions de GES et intégrer tion des règles d’installation et de maintenance.
l’analyse du cycle de vie du bâtiment. La loi met également en
place une série de mesure pour accélérer la rénovation énergé- Déroulement
tique des bâtiments existants. Enfin, elle fixe à 10% l’objectif de
gaz renouvelable dans la consommation de gaz en 2030. L’expérimentation pratique du projet a démarré en octobre 2014
à FORBACH. La Mairie a mis à disposition 3 sites (1 maison
Dans ce contexte, disposer de générateurs de chaleur innovants individuelle neuve, 1 crèche et un ensemble de 2 logements
et performants qui permettent de produire de l’électricité à collectifs) pour réaliser les tests nécessaires à la validation des
domicile devient un enjeu de premier ordre. critères de performance et de faisabilité pour l’introduction de
la pile à combustible au gaz naturel en France.
Objectifs
VIESSMANN, fabricant des piles installées, a intégré un cœur de
Technologie d’avenir particulièrement adaptée aux besoins des pile Panasonic au sein d’un produit packagé, qui comprend un
bâtiments performants, la pile à combustible fait l’objet d’un ballon de stockage et une chaudière d’appoint.
projet ambitieux de développement sur le marché français. Le COSTIC, avec l’appui du CRIGEN, a instrumenté entièrement
EPILOG a pour objectif l’expérimentation en conditions réelles l’expérience (des capteurs équipant une quinzaine de points de
de 3 piles à combustible au gaz naturel, produisant électricité mesure par site), pour disposer de données quantitatives fiables
et chaleur, à Forbach. permettant la mesure des performances.
EPILOG prépare l’introduction commerciale en France, à l’hori- À l’issue de cette phase test, prévue en juin 2016, les résul-
zon 2016, de la pile à combustible au gaz naturel développée tats permettront de confirmer les promesses de la technologie
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auprès des pouvoirs publics et de la promouvoir, via des actions Application et valorisation
de communication auprès des clients et de formation auprès
des installateurs. L’intégration de la pile à combustible à la réglementation ther-
mique, en cours, se base sur les résultats d’EPILOG. La commer-
Caractère innovant cialisation du produit est prévue à l’issue d’EPILOG.
Le projet adresse le marché des maisons neuves (150 000
Grâce à EPILOG, la pile à combustible a été adaptée et installée / an) et rénovées (140 000 rénovations lourdes par an). Les
pour la première fois en condition résidentielle réelle en France. deux générateurs de chaleur principalement utilisés sont les
Elle permet à une crèche et des particuliers de disposer à leur chaudières (550 000 / an) et les pompes à chaleur (145 500
domicile d’un dispositif de production locale d’électricité, silen- / an). Ce marché se caractérise par une filière d’installation et
cieux et à haut rendement. de maintenance établie, qui fait face à une évolution rapide du
nombre et de la complexité des solutions techniques à mettre
Où en est le projet ? en œuvre.
La road map du projet CODE2 projette un marché pour la
EPILOG a déjà permis de montrer que la pile à combustible micro-cogénération en France de 9000 pièces en 2020, dont
Viessmann est un système compact, facile à installer et à main- 2000 pourraient être des piles à combustible.
tenir. Le produit peut être installé dans la plupart des pavillons
équipés d’un local chaufferie. La pile à combustible est capable
de subvenir aux besoins de chauffage et d’ECS d’un logement
tout en générant jusqu’à 0,75 kWélec.
Une première analyse a été réalisée sur la période du
01/10/2014 au 30/09/2015. Les performances énergétiques
mesurées sur site sont en accord avec celles annoncées par le
fabricant :
• Sur les trois sites pilotes, le confort thermique a toujours était
assuré.
• Le cœur de pile n’a présenté aucun défaut.
• Les rendements opérationnels sont très proches des rende-
ments de laboratoire.
• Les piles à combustible ont fonctionné en moyenne 5140 h et
ont produit 3460 kWhélec. Cette production électrique élevée Pile à combustible installée
dans une crêche à FORBACH (57)
correspond à la production de 37 m² de panneaux photovol- CREDIT PHOTO : Georges Pathé
taïques sur la même période (qui auraient couté 15 k€ soit le
prix de la pile à combustible) ; la consommation de gaz s’est
établie à 500 € environ.
La période actuelle permet de travailler sur l’amélioration de
deux points :
La pile testé (Vitovalor 300-P) comprend, outre
le module pile à combustible, une chaudière
• Le taux d’autoconsommation c’est-à-dire la quantité d’élec- d’appoint gaz à condensation, un ballon d’ECS
et un réservoir tampon
tricité produite qui est réellement consommée sur place ; cet Partenaires Crédit photo : Doc. Viessmann
indicateur est celui qui permet d’améliorer la rentabilité du sys-
tème.
• Les périodes d’arrêt de la pile, par exemple la nuit ou en
période de congés.
CONTACTS
Email : regis.contreau@grdf.fr (coordinateur du projet
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Parcours D
Hydrogène et piles
EXALAME Démarrage : 11/2012
Durée : 40 mois
Complexes catalytiques polyfonctionnels pour assem- Coût total : 681 419 €
blage membranes – électrodes sans Nafion pour pile PEM Coordinateur : CEA le Ripault
Projet accompagné dans le cadre de l’APR TITEC 2012
Partenaires : CNRS, Specific Polymers, Hélion
Contexte
Depuis une quinzaine d’années et du fait de leurs performances jet a pour objectif de développer une nouvelle famille de cataly-
énergétiques et environnementales, les piles à combustible seur polyfonctionnel permettant de s’affranchir des problèmes
connaissent un développement spectaculaire dans toutes les de formulation des encres classiques, tout en présentant des
gammes de puissance, du watt au MW. Les caractéristiques avantages en termes de recyclage et de durabilité.
techniques obtenues sont très attractives mais le coût reste Le concept ayant déjà fait ses preuves, ce projet est aussi dédié
aujourd’hui un obstacle majeur à leur diffusion, en particulier à la montée en TRL dans l’optique de d’évaluer des démonstra-
dans le domaine du transport et, dans une moindre mesure, teurs à l’échelle 1.
dans celui du stationnaire. La réduction des coûts pourra être
atteinte non seulement par la diminution du coût de fabrication Déroulement
des composants (électrodes, membranes et plaques bipolaires)
liée à l’industrialisation mais aussi et surtout par la recherche et Ce projet s’appuie sur des études antérieures menées dans le
le développement de matériaux innovants plus performants et cadre du projet ARCAPAC (preuve de concept) déjà financé par
plus respectueux de l’environnement (gestion des ressources l’ADEME. Les catalyseurs polyfonctionnels sont constitués de
en métaux rares, limitation des matériaux fluorés). En particu- nanoparticules supportées sur carbone et sur lesquelles sont
lier, il est ainsi nécessaire, pour le développement de la filière, greffés des polymères conducteurs protoniques. Cette nouvelle
de réduire les quantités de platine, métal rare et cher, utilisé phase de développement a donc porté sur :
comme catalyseur dans ces systèmes. • l’optimisation des architectures catalytiques : choix des
méthodes de synthèse, détermination de la composition des
Objectifs matériaux ...
• la caractérisation électrochimiques des matériaux afin de
Les électrodes des cœurs de pile à combustible sont classique- déterminer les relations structures /propriétés.
ment constituées d’une encre catalytique obtenue par mélange • la sélection des meilleurs matériaux et leur mise en œuvre au
de nanoparticules de platine supportées sur des particules de sein d’assemblages membrane/électrodes et leur caractérisa-
carbone et noyées dans un liant conducteur protonique. Le pro- tion en pile PEMFC.
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exalame
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• le transfert de la synthèse des complexes au sein de Specific Application et valorisation
Polymers, industriel spécialiste de la synthèse à façon.
• l’évaluation technico économique de cette nouvelle famille de Secteur d’application :
catalyseur pour pile. Ces matériaux sont développés pour la catalyse des réactions
d’oxydo-réduction dans la pile à combustible PEMFC fonction-
Caractère innovant nant à l’Hydrogène. Cette problématique induit des verrous fon-
damentaux, tant en termes de durabilité des systèmes, de coût
• La conception de matériaux hybrides multifonctionnels (platine, métal noble) que de gestion des ressources naturelles
(2 brevets). (platine, métal rare).
• La réalisation de catalyseurs intrinsèquement conducteurs
électroniques et protoniques. Marché :
• Le développement d’électrodes dépourvues de Nafion® (recy- Piles à combustibles pour les applications stationnaires (groupe
clage facilité). de secours, alimentation sites isolés ...) et applications mobiles
(automobile, aéronautique ...)
Synthèse des résultats
Estimation des gains en termes de performance :
Les travaux d’optimisation de la structure des complexes
hybrides C/Platine/polymère ont conduit à sélectionner une
méthode de synthèse des nanoparticules de Pt par un pro-
cédé « polyol » assisté par microonde. La surface active des
particules est augmentée de 40% par rapport à des méthodes
« polyol » thermique et de 170% par rapport à des méthodes
plus conventionnelles. Complexe hybride polyfonctionnel
Des procédés de synthèse en phase aqueuse de polymères
conducteurs présentant la particularité de se fixer durablement
par un lien chimique sur la surface du platine massif ont été
développés. Ces synthèses (brevetées) ont été reproduites en
conditions industrielles.
L’étude de l’influence des paramètres physico chimiques des
matériaux a contribué à développer des complexes dont la sur- Assemblage membrane électrode
face active est augmentée de 20% et l’activité électro-cataly-
tique de 100%. La densité de puissance des électrodes atteint
1W/cm² @ 2 A/cm², le triple de ce qui était obtenu avec les
matériaux de première génération.
Estimation des gains économiques :
Les taux de chargements étudiés sont de 0.3 mg Pt /cm² à la
cathode, soit 25-50% de moins que ce qui est couramment Cellule de test en pile PEMFC
utilisé. Cette réduction du taux de platine peut avoir un effet
substantiel. Partenaires
Sécurité environnement :
Ce concept de catalyseur permet de s’affranchir de matériaux
très fortement fluorés classiquement utilisé comme liant, ce
qui peut très sensiblement simplifier les stratégies de recy-
clage pour récupérer le platine.
CONTACTS
Difficultés rencontrées :
Mise au point des conditions de dépôt du catalyseur sur la Email :pierrick.buvat@cea.fr
couche de diffusion. Site internet : WW.cea.fr
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Parcours D
Hydrogène et piles
HYLOAD Démarrage : Octobre 2015
Durée : 15 mois
Expérimentation d’un véhicule logistique aéroportuaire à
hydrogène opérationnel « zéro émission » et développe- Coût total : 524 000 €
ment d’une chaîne d’approvisionnement sur site
Projet accompagné dans le cadre de l’APR TITEC 2014
Contexte
Dans le contexte actuel de prise de conscience environnemen- au sein d’un aéroport en France. Cette première introduction
tale, de nombreux aéroports européens, agissent pour réduire doit faciliter ensuite le déploiement de véhicules propres dans
leurs émissions de gaz à effet de serre. Cela passe par une les flottes aéroportuaires, en levant notamment d’éventuels
diminution du temps de déplacement des avions au sol et par vérous réglementaires.
une optimisation de la logistique aéroportuaire. En effet, les La station de Cherbourg va permettre d’avitailler en hydrogène
engins de manutentions au sol émettent une part non négli- différents véhicules des services départementaux de la Manche
geable des polluants du site (environ 15 % du CO2 et 56 % des ainsi qu’un véhicule mis a disposition de la société SECMA
NOx). Le second enjeu de ce projet est la santé des travailleurs (exploitant de l’aéroport Cherbourg-Maupertus).
au sol, régulièrement exposés à ces polluants. Le déploiement
des véhicules, et des engins de piste « zéro émissions » per- Le deuxième objectif du projet est concevoir une station de
mettrait donc d’améliorer les performances environnementales remplissage évolutive en capacité et polyvalente pour son
des aéroports et de diminuer les risques sanitaires pour les approvisionnement.
employés.
Déroulement
C’est à partir de ce constat que le consortium Hyload et
l’Ademe ont souhaité déployer un véhicule hydrogène sur l’Aé- Le projet se déroule sur 18 mois dont 6 mois d’études et 12
roport de Cherbourg. Ce projet est également la prolongation de mois de test. A la fin du projet, le Conseil Départemental de la
la démarche du Conseil Départemental de la Manche d’inves- manche pourra acquérir l’unité.
tissement dans la mobilité propre et les véhicules hydrogènes.
Les différentes phases du projet :
Objectifs • Étude réglementaire.
• Étude d’implantation sur l’aéroport.
Le premier objectif du projet HYLOAD est de mettre en place • Étude développement station de remplissage H2.
une station-service de distribution d’hydrogène sur l’aéroport • Fabrication prototype station H2.
de Cherbourg. Ce sera la première station hydrogène installée • Test en Conditions réelles.
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Caractère innovant
Le principal caractère innovant du projet est l’introduction de
l’hydrogène comme carburant sur un aéroport.L’autre intérêt
du projet est le développement d’une station de remplissage
évolutive en capacité de compression (de 10kg/j à 20kg/j) et
capable de distribuer de l’hydrogène produit sur site (4 bar) ou
livré en stockage 200 bar.
Où en est le projet ?
Le projet a débuté fin 2015. L’étude réglementaire, les différents
plans d’implantation sur site et la déclaration de travaux ont été
réalisés. Le développement de la station de remplissage, avec
le dimensionnement de ses différents éléments est en cours.
Application et valorisation
Secteur d’application :
• La station de remplissage installée à Cherbourg est conçue
pour être évolutive et polyvalente. C’est le prototype d’une sta-
tion de remplissage qui pourra ensuite être implantée au sein
d’entreprises de transport (industriel, aéroport…) ou de collecti-
vités locales munis de véhicules hydrogènes.
• Certains éléments de la station, développés pour ce projet,
comme les dispositifs de régulation de pression ou de l’échauf-
fement, pourront être réutilisés dans d’autres applications
industrielles.
Marché :
Le marché pour la société WH2 est estimé de 4 à 6 stations
hydrogènes par an sur les cinq prochaines années.
Partenaires
CONTACTS
Email : Philippe.samat@wh2.fr
Site internet : http ://www.wh2.fr/
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Parcours D
Hydrogène et piles
HYWAY Démarrage : 09/2014
Durée : 42 mois
Démonstration à l’échelle 1 d’un cluster de mobilité
Coût total : 3 468 962 €
hydrogène : analyse des usages en flottes captives de
kangoos électriques équipées de prolongateur d’autono- Coordinateur : Tenerrdis
mie à Lyon et Grenoble Partenaires : SymbioFCell, CNR, GNVert, McPhy, Cofely, Air
Projet accompagné dans le cadre de l’APR TITEC 2014 Liquide, STEF, GEG
Contexte
La COP21 a fixé un cap : celui de maintenir le climat de la pla- d’H2 implantées à Grenoble et à Lyon sur sites privés avec
nète en réorientant tous les modes de production et d’utilisation accès public. Les véhicules sont achetés par des utilisateurs
d’énergie. Sans attendre ce message, les partenaires publics et précurseurs à la fois publics et privés. HYWAY est un modèle de
privés du projet HYWAY ont déployé ensemble une solution de déploiement duplicable sur l’ensemble du territoire.
mobilité décarbonée. Ce projet rassemble déjà à Grenoble et Ce projet, soutenu financièrement par la Région Rhône-Alpes,
Lyon la plus grande flotte de véhicules électriques H2 d’Europe l’ADEME et l’Europe, rassemble les principaux acteurs de la
autour de deux stations de recharge. Celles-ci seront à terme filière H2, tous implantés en Rhône-Alpes et coordonnés par
alimentées en H2 vert. Tenerrdis : Air Liquide, CEA, CNR, GEG, GNVERT, McPhy Energy,
Le projet HYWAY répond à 2 enjeux environnementaux : la mise PUS (Cofely Services), SymbioFCell.
en place d’une mobilité décarbonée sans émission de parti-
cules, d’une part, et l’essor des énergies renouvelables (ENR) et Déroulement
leur stockage sous forme d’H2 après électrolyse, d’autre part,
le stockage étant l’une des solutions permettant de gérer l’in- Le projet se déroule en 2 phases, à Lyon et Grenoble.
termittence des ENR.
Phase 1 (avril 2014 /avril 2017)
Objectifs La première étape du projet a consisté tout d’abord à produire
les kits H2, à les intégrer dans les Kangoo ZE et à commercia-
Le projet HYWAY vise à favoriser, promouvoir et valider la per- liser les véhicules. En parallèle, ont été menés les travaux de
tinence technico-économique et environnementale du modèle conception des deux stations, puis la mise en service de celle
français de déploiement de la mobilité hydrogène (H2) autour de Grenoble. A Lyon, une station provisoire permet aux véhi-
de flottes captives. Concrètement, HYWAY vise à industriali- cules de se recharger en attendant la mise en service de la
ser, produire en série et intégrer des kits H2 prolongateurs de station définitive. L’hydrogène est livré aux stations par camion
l’autonomie de véhicules électriques hybrides dans 50 Kangoo dans cette phase. Le suivi d’exploitation des véhicules et des
ZE-H2, lesquels sont alimentés par des stations de recharge stations est conduit pendant 18 mois.
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Phase 2 (2016 / 2019) – hors projet TITEC 2014 mique adopté par les partenaires du projet.
La station lyonnaise définitive sera implantée et mise en service
sur l’Avenue Tony Garnier courant 2017. HYWAY est le résultat d’une collaboration exemplaire entre
chercheurs, industriels, énergéticiens et jeunes sociétés inno-
Deux unités de production seront également mises en place à vantes françaises, autour de technologies françaises. L’enjeu
proximité des stations de recharge. L’hydrogène sera ainsi pro- est stratégique pour l’avenir de l’emploi, de l’innovation, et de
duit in situ par électrolyse à partir d’électricité d’origine 100% l’industrialisation en France.
renouvelable afin de développer une mobilité durable du puits
à la roue. Application et valorisation
Le suivi d’exploitation va se poursuivre et se renforcer afin de La mobilité est un des secteurs d’application de l’hydrogène
permettre un retour d’expérience précis et objectif, d’optimiser énergie : il est celui qui connait certainement le dévelop-
le système et de valider le modèle. pement le plus rapide. Il ne suffira pas à lui seul à justifier le
déploiement massif d’une production d’H2 à partir d’électricité
Caractère innovant renouvelable, en revanche il peut permettre d’enclencher la
dynamique et de préparer le déploiement d’une mobilité plus
HYWAY est la 1ère étape du plan de déploiement élaboré par le large (poids lourds, bus, fluviale, etc.). L’H2 en tant que vecteur
Consortium « Mobilité Hydrogène France» qui limite les risques permettant de stocker l’énergie, favorisera l’intégration des ENR
financiers et innove par la synchronisation voulue entre la réa- dans le mix énergétique et les transports, et l’optimisation du
lisation des infrastructures de recharge et le déploiement des réseau électrique.
véhicules électriques à hydrogène. Ces véhicules sont silen-
cieux et ne rejettent que de l‘eau. Le projet HYWAY offre à la Région une vitrine des savoir-faire de
la filière hydrogène et lui permet de s’affirmer comme une des
Où en est le projet ? régions les plus dynamiques en Europe sur ce sujet.
Aujourd’hui, une trentaine de véhicules sillonnent l’Isère et le
Rhône, la station d’approvisionnement en H2 de Grenoble a été
inaugurée en janvier 2016, et la phase 2 du projet est amorcée.
Après 4 mois d’utilisation des véhicules, un premier constat :
- Plus de 60 000 km parcourus
- Plus de 280 recharges effectuées en stations.
- Plus de 10 000 km au compteur pour le véhicule le plus
utilisé.
Partenaires
Le suivi de l’exploitation des véhicules, réalisé pendant 18 mois
par le CEA, dans des conditions très variées en termes de profils
utilisateurs, comportements, profils de tournée, est en cours.
Les gains en CO2 sont évalués de manière précise par le suivi
des usages et des performances des Kangoo ZE H2 et des sta-
tions de recharge H2 : les véhicules sont équipés de modules
de communication et de GPS permettant la collecte des don-
nées sur les parcours et les consommations énergétiques de
chaque véhicule et pile à combustible.
Ainsi, la comparaison entre un Kangoo ZE H2 et un Kangoo die-
sel utilisé dans les mêmes conditions peut être effectuée. CONTACTS
Par ailleurs, la stratégie énergétique pourra alors être adaptée
pour optimiser la consommation d’H2 en fonction des parcours, Email : ingrid.milcent@tenerrdis.fr
et améliorer la durée de vie des composants (batterie, pile, etc.). Site internet : page HYWAY sur le site de Tenerrdis
Le suivi d’exploitation des véhicules et des stations, ainsi que le http ://www.tenerrdis.fr/Hydrogene/hyway-kangoo.html
recueil et l’analyse de données, réalisé en phase 1 se poursuivra ou site du pôle - http ://www.tenerrdis.fr/
en phase 2, dans l’objectif de valider le modèle technico-écono-
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Parcours D
Hydrogène et piles
NAVHYBUS Démarrage : 01/2014
Coût total : 1 520 000 €
Conception et expérimentation d’une navette fluviale Coordinateur : Sémitan – Mission Hydrogène des Pays de la
électrique hydrogène pour le transport de passagers à Loire
Nantes Partenaires : Ship Studio, Navalu, Université de Nantes, Bureau
Projet accompagné dans le cadre de l’APR TITEC 2012
Veritas, Matis Technologies
Contexte Objectifs
La SEMITAN, société des transports publics de Nantes Le projet, coordonné conjointement par la Mission Hydrogène
Métropole, exploite depuis 2005 deux lignes fluviales régu- des Pays de la Loire et la SEMITAN, poursuit ainsi les objectifs
lières sur la Loire et l’Erdre, intégrées au réseau de transport suivants :
urbain de passagers. Ces lignes, nommées « Navibus », per- • Concevoir et réaliser une navette fluviale électrique
mettent de relier la gare maritime à Trentemoult d’une part, répondant au cahier des charges d’usage pour le transport de
et Port Boyer et Le Petit-Port Facultés d’autre part. Dans ce passagers avec un haut niveau de service. Cet objectif passe
dernier cas, le passeur est une navette fluviale électrique de 12 par le dimensionnement de la chaîne propulsive électrique
places, pouvant accueillir des passagers avec vélos. Si la durée (capacités des batteries, puissance du système pile, capacité
de la traversée est relativement courte (de 1 à 2 minutes), son des réservoirs hydrogène) en fonction du niveau de puissance et
usage est intensif, plus de 80 000 passagers utilisant chaque d’autonomie énergétique requis.
année le passeur. • Expérimenter cette navette en conditions réelles
d’usage, ce qui nécessite l’intégration à quai d’une solution de
En vue d’un renouvellement de cet équipement, la SEMITAN a recharge de la navette en hydrogène. Cette étape suppose éga-
souhaité réaffirmer le choix d’une mobilité propre électrique « lement l’obtention des autorisations réglementaires pour l’em-
zéro-émission », tout en disposant d’une navette fluviale avec ploi de ce nouveau vecteur énergétique.
un niveau de service renforcé. Ce choix a été à l’origine du pro-
jet NavHybus, porté par un consortium d’acteurs locaux autour Déroulement
de la conception et du développement d’une navette électrique
hybride, équipée de batteries et d’un système pile à hydrogène. Le projet s’articule autour de différentes tâches.
Ce projet a été retenu par l’ADEME en 2012 dans le cadre de La conception du bateau est portée par Ship Studio, bureau
l’Appel à Projets TITEC,et, est également soutenu par le Conseil d’études et architecte naval, qui s’est appuyé sur les travaux de
Régional des Pays de la Loire. Matis Technologie concernant la chaîne propulsive électrique.
La solution retenue comprend un système associant un pack
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batteries Lithium de 13 kWh à deux piles à hydrogène de 5 et des milieux aquatiques conduisent de plus en plus d’opéra-
kW. Le bateau est équipé de deux réservoirs contenant chacun teurs à faire le choix de bateaux à traction électrique.
4,5 kg d’hydrogène à 350 bars. Le bateau est réalisé et assem-
blé par le chantier naval NAVALU, partenaire qui a pris la suite Les démarches de certification / classification de ce type
de l’entreprise Ruban Bleu. de navette au niveau européen permet par ailleurs de lever
des verrous réglementaires et de faciliter la réplication et le
La mise à l’eau d’un bateau embarquant un nouveau type de déploiement de navette fluviale mettant en œuvre le combus-
combustible, l’hydrogène, nécessite une autorisation de navi- tible hydrogène.
guer , territoriale (12 places) et européenne (25 places) . Cette
dernière est en cours auprès de la Commission Centrale pour
la Navigation du Rhin (CCNR), organisme international qui fait
référence dans la construction de normes et réglementations
fluviales. Le Bureau Veritas est partenaire du projet NavHybus,
en charge des études de risques liés au bateau et à son environ-
nement de navigation.
L’Université de Nantes, via l’Institut de l’Homme et de la
Technologie, est associée au projet. Il s’agit d’accompagner les
partenaires du projet par une réflexion sur l’innovation sociale
que peut représenter l’introduction d’une énergie nouvelle.
Cette analyse est appuyée par une équipe de chercheurs du
laboratoire TVES de l’Université du Littoral/Côte d’Opale de
Dunkerque pour le compte de la Semitan.
Caractère innovant
L’une des innovations du projet NavHybus repose le développe-
ment d’une chaîne électrique hybridée batterie / pile hydrogène,
qui permet de tirer profit de l’une et l’autre des technologies.
L’association de ces briques, selon le cycle d’usage typique
pour ce gabarit de navette fluviale, nécessite également la réa-
lisation d’un système de contrôle / commande adapté, gérant
l’énergie et les pics de puissance à bord.
Le projet NavHybus est également un projet intégré, qui tient
compte de l’environnement d’usage de la navette et de son
intégration au réseau de transport de la ville. Il a ainsi été fait
Partenaires
le choix de disposer d’une station d’alimentation en hydrogène
qui soit également accessible à des véhicules utilitaires légers
terrestres opérés par les services de la SEMITAN et du SDIS 44
Application et valorisation
La mise à l’eau de la navette fluviale Navhybus est prévue pour
l’automne 2016, pour une phase d’exploitation en conditions
réelles sur une période de 18 mois.
Au-delà du passeur sur l’Erdre entre Port Boyer et Le Petit-Port CONTACTS
Facultés, des potentialités de réplication de ce type de navette
fluviale existent. De nombreuses villes et agglomérations sont Mission Hydrogène des Pays de la Loire : b.tenaud@mh2.fr
en effet concernées par le transport de passagers sur fleuves et SEMITAN : pfgerard@semitan.fr
rivières. Les contraintes relatives à la pollution atmosphériques
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