Voiture électrique

La voiture "électrique" étant un terme assez vaste nous avons décidé de traiter ce sujet en deux parties:

Partie A : Avec une pile à combustible

Partie B : Avec l'énergie solaire

Partie A

La pile à combustible, l’une des alternatives les plus prometteuses du moment, n’est pas réellement une nouveauté. En effet, un dénommé William Grove est le premier à en faire le schéma en 1839.

William Grove (1811 – 1896) : Avocat britannique du XIXème siècle, il était aussi un chimiste amateur et a notamment inventé l’une des premières piles électriques à 2 liquides, ancêtres de nos piles actuelles . Grâce aux travaux de son ami Christian Friedrich Schoenbein, il a réalisé les premiers plans d’une pile à combustible.

Cette technologie est revenue au goût du jour grâce aux projets spatiaux, notamment avec des recherches menées par Francis T. Bacon (ses recherches ont commencé en 1932 pour s’achever dans les années 50) dont le prototype a servi pour les missions Apollo. Depuis, le principe reste inchangé mais les normes de l’engin, ainsi que les oxydants et les réducteurs utilisés pour les voitures ont subi une modification de premier ordre. Désormais, elles utilisent du dioxygène, gaz très présent dans notre atmosphère et du dihydrogène.

Le principe de cette pile n’est autre que d’utiliser l’une des réactions les plus violentes qui soit :

La réaction entre le dihydrogène et le dioxygène : 2 H₂ + O₂ --> 2 H₂O

La réalité est quelque peu plus complexe. En effet, il se passe plusieurs choses :

• A l'anode, a lieu une réaction d'oxydation qui est la suivante :
  H₂ --> 2 H⁺ + 2e^-
  (Il y a donc une production de deux électrons grâce à la molécule de dihydrogène)


• Les ions H⁺ migrent ensuite de l’anode vers la cathode, ce qui provoque un courant électrique en raison de ce déplacement d’électrons.


• A la cathode, une nouvelle réaction a lieu : les ions H⁺ subissent une réduction :
  O₂ + 4 H⁺ + 4 e^- --> 2 H₂O

Cette réaction nécessite la présence d’un catalyseur. Celui qui est le plus couramment utilisé n’est autre que le platine, d’où un coût de production encore bien trop élevé...

Mais comment se fait-il que le moteur à explosion se soit développé alors que cette idée n’a pas trouvé le même essor ? Considérons les avantages du procédé, puis ses inconvénients qui ne sont pas non plus négligeables.

I. Les avantages

L’un des avantages les plus significatifs reste, et restera, l’émission de polluants locaux, bien moindre que celle produite par nos moteurs actuels. Il faut rappeler que ces polluants peuvent être produits de trois manières :

• Une oxydation : des impuretés se glissent toujours dans le carburant, notamment du souffre, ce qui donnera ensuite de l’acide sulfurique.
• Une combustion imparfaite : les hydrocarbures ne sont pas brûlés, mais seulement chauffés, ce qui entraine un dégagement de divers éléments chimiques (méthanes, composés aromatiques, etc.) dont la majorité sont toxiques.
• La présence d'azote : l'azote étant un composant à 70% de l'atmosphère, il est difficile d'éviter sa présence lors de la réaction. L'azote, à haute température, réagit avec le dioxygène de l'air, produisant des oxydes d'azote (dont une partie est directement nocive, la seconde le sera après une réaction photochimique, comme c'est notamment le cas pour l'ozone, nocif pour les organismes vivants.)

Un autre avantage est que le moteur électrique affiche un bien meilleur rendement que le moteur classique : le rendement du moteur à explosion n'est que de 30% contre plus de 50% pour le moteur électrique.

Enfin les quelques prototypes produits disposent sensiblement des mêmes performances, en terme d'autonomie et de vitesse, que les voitures dotées d'un moteur à explosion.

Le plein s'effectuant en moins de 5 minutes, la réduction significative des polluants et le niveau de confort satisfaisant constituent des atouts majeurs mais le modèle de la voiture électrique utilisant une pile à combustible présente aussi des inconvénients.

II. Les inconvénients

Le principe de cette pile présente lui-même une difficulté majeure. Le dihydrogène n'est pas naturellement présent dans notre atmosphère, il faut donc en créer, et les moyens le permettant ne sont ni très écologiques ni économiques :

• une extraction depuis un hydrocarbure, qui est la technique la plus utilisée à l'heure actuelle. Cette méthode est tout à fait faisable directement dans une voiture, mais il faut donc un combustible.
• grâce à une électrolyse de l'eau, ce qui demande donc de l'électricité qui doit être produite en amont
• grâce à une thermolyse de l'eau. On décompose la molécule en la portant à très haute température.

Chacune de ces méthodes demande une transformation d'éléments, et donc nécessite de l'énergie. La fabrication d'énergie n'est pas sans émission de polluant, ainsi, on ne peut pas réellement noter que la pile à combustible marque un point du coté écologique.

La réaction elle-même est exigeante : elle nécessite un catalyseur. A l'heure actuelle, il s'agit du platine qui en joue le rôle, et au vu du prix, environ 40 € le gramme, cette technologie s'avère particulièrement coûteuse ! Si on ajoute le prix de production du dihydrogène à celui du catalyseur, le coût de revient devient dissuasif.

Conclusion

La pile à combustible pourrait remédier au futur manque de pétrole , mais ce n'est surement pas le moyen le plus respectueux de l'environnement et de nos portemonnaies.