De l’hydrogène à la demande pour nos futurs moteurs électriques

Dans le réservoir de la voiture, il suffirait de mettre... de l'eau et, de temps à autre, de changer la cartouche d'aluminiumaluminium. On peut imaginer ainsi l'automobileautomobile des prochaines décennies si l'on en croit Jerry Woodall et son équipe de l'université de Purdue (Indiana, Etats-Unis), qui présenteront leur trouvaille le 7 septembre prochain à Santa Clara (Californie), à l'occasion d'une conférence internationale sur l'énergieénergie (Energy Nanotechnology International Conference). Non, ce n'est pas un moteur à eau mais un procédé original pour fournir de l'hydrogènehydrogène à la demande à une pile à combustiblespile à combustibles. Rappelons que ce dispositif, produisant de l'électricité à partir de l'hydrogène et de l'oxygène, avec de l'eau comme produit final, est souvent présenté comme la solution universelle et non polluante pour faire fonctionner nos appareils électroniques mais aussi nos voitures, et même nos avions, quand ils seront devenus électriques.

Pourtant, il n'y a rien de révolutionnaire dans le principe imaginé par Jerry Woodall. Il s'agit de faire pleuvoir de l'eau sur de l'aluminium, ce qui provoque une réaction chimiqueréaction chimique spontanée produisant de l'hydrogène gazeux (H₂) et de l'oxyde d'aluminiumoxyde d'aluminium (Al₂O₃). Mais cette méthode simple atteint vite une limite car l'oxyde forme rapidement une couche recouvrant l'aluminium et interrompant la réaction. Le chimiste américain empêche la formation de cette couche d'aluminate en ajoutant du galliumgallium. Ce métalmétal léger (proche de l'aluminium) agit comme un catalyseurcatalyseur et ressort intact de la réaction. « Il n'a même pas besoin d'être très pur, ce qui permet de réduire le prix », souligne Jerry Woodall, qui prétend être tombé par hasard sur cet effet du gallium liquideliquide en 1967 quand il travaillait chez IBMIBM.

 
Des blocs faits d’un alliage d’aluminium et de gallium. Bientôt en vente dans toutes les stations service ? © Jerry M. Woodall

De l’eau dans le réservoir

Ainsi débarrassé de sa peau protectrice, le bloc d'aluminium peut être complètement transformé en aluminate, ce qui permet une production importante d'hydrogène, suffisante, affirment les chercheurs pour alimenter une pile à combustibles capable de faire tourner un moteur électrique. Modestes, les scientifiques, qui ont déjà déposé un brevet, n'évoquent pas l'automobile comme applicationapplication prochaine mais plutôt des petits véhicules comme les fauteuils roulants pour handicapés, les robotsrobots  explorateurs de planètes ou les voitures utilisées sur les terrains de golf. Ils pensent également à notre arsenal électronique personnel, du téléphone mobilemobile au lecteur de DVDDVD. Leur appareil produirait donc de l'électricité et de l'eau, avec de l'aluminate comme déchet, mais que l'on pourrait, disent les chercheurs, recyclerrecycler facilement.

Cette solution d'une production constante d'hydrogène élimine la nécessité d'un réservoir, principale pierre d'achoppement des piles à combustibles. La très faible densité de ce gazgaz impose de le compresser - mais il faut atteindre plusieurs centaines de barsbars - ou de le liquéfier - mais la température ne doit pas dépasser - 253 °C. Diverses alternatives ont déjà été explorées. La méthode la plus prometteuse semble être l'utilisation du méthanol. Cette moléculemolécule simple (CH₃OH) est liquide à température ambiante et on sait en fabriquer assez facilement. De plus, elle peut alimenter directement une pile à combustible, sans nécessiter de réaction chimique pour en dégager l'hydrogène pur. Bien adaptée à la production d'électricité pour des petits appareils, la voie du méthanol l'est moins pour des moteurs plus puissants et, de plus, la réaction dégage du gaz carboniquegaz carbonique, ce qui effacerait l'intérêt des moteurs électriques automobiles en tant que réducteurs de l'effet de serre.

La voie de l'aluminium semble donc meilleure. Encore loin d'un appareil commercialisable, l'équipe de l'université de Purdue doit parfaire l'utilisation de l'alliagealliage solidesolide d'aluminium et de gallium et apprendre à contrôler finement la production d'électricité.