Les piles ont aussi des applications maritimes. Elles peuvent être utilisées dans de petits bateaux à moteur et même dans des sous marins. C'est une application relativement peu connue - et peu médiatisée - des piles, mais qui pourait connaitre un développement certain.
Fonctionnement
Parmi les différents types de piles, c'est surtout la PEMFC qui a jusqu'ici été retenue pour ce type d'applications. Mais différents projets utilisant une MCFC sont aussi à l'étude aux Etats Unis et en Europe. Les systèmes utilisés peuvent être constitués d'une pile seule ou d'un système hybride pile/batterie.
La gamme de puissance est en fait assez étendue puisque les plus petites embarcations fonctionnent avec des piles de 100 W et les plus grosses (sous marins) avec des piles de 250 kW.
Plusieurs types de carburants sont possibles, parmi lesquels le méthanol, le diesel, le gaz naturel, ou l'hydrogène. Vu l'intolérance des piles faces aux composés soufrés, il semble préférable d'utiliser du gaz naturel ou du méthanol. L'utilisation de gasoil ou de diesel impose de désulfuriser ces carburants pour ne pas empoisonner le reformeur ou le catalyseur de la pile. L'utilisation d'hydrogène (comprimé) pose les usuels problèmes de sécurité et nécessite notamment une bonne ventilation ainsi que le placement dans des endroits moins sensibles en cas de collision.
Le fonctionnement type de l'ensemble est assez classique: si on utilise une PEMFC, un reformeur est nécessaire pour transformer le carburant en un gaz riche en hydrogène, qui sera ensuite amené à la pile. Le type de reformage dépend de la nature du carburant: on préfère le vaporeformage pour des hydrocarbures légers (gaz naturel, naphta, méthanol) et l'oxydation partielle pour les hydrocarbures lourds. Ce mélange est humidifié avant d'arriver à l'anode. Pour ce qui est de l'air arrivant du côté de la cathode, il faut tenir compte du fait qu'on se trouve en milieu maritime et que l'air est déjà plus ou moins saturé d'eau. Par ailleurs, sur mer, il faut aussi tenir compte de la salinité du milieu. L'électricité produite par la pile passe dans le convertisseur AC/DC, tandis que l'eau est condensée pour être réutilisée (par exemple pour le reformage). L'excès d'hydrogène provenant de la pile peut être utilisé dans un brûleur fournissant de la chaleur pour le reformage. On peut aussi concevoir un système en dead end. Le refroidissaement peut être réalisé grâce à l'eau du lac ou de mer, mais la chaleur produite par la pile peut être aussi valorisée si on l'utilise pour des besoins de chauffage.
Avantages et inconvénients
Il existe des avantages spécifiques qui rendent les piles intéressantes pour ce type d'applications:
- leur modularité,
- un bon (meilleur) rendement à charge partielle,
- pas de bruit,
- une durée de vie qui devrait atteindre les 40000 heures.
Face à cela, des problèmes restent à régler, en particulier:
- le temps de démarrage (si on veut utiliser une pile haute température),
- le stockage du carburant (s'il ne s'agit pas de carburant conventionnel..). Sur ce dernier point, il faut être particulièrement vigilant sur les aspects sécuritaires si on embarque de l'hydrogène ou du gaz naturel.
- la nécessité d'une redondance ou de la présence d'un système de secours pour pouvoir ramener le bateau au port en cas de problème.
Réalisations
Un certain nombre de bateaux et des sous marins avec pile embarquée ont déjà été réalisés, même si cela a été beaucoup moins médiatisé que pour les applications automobiles.
Bateaux...
Il existe un certain nombre de projets en cours, que ce soit pour la marine civile ou militaire et pour des bateaux allant du simple petit bateau de plaisance à des bateaux de la marine marchande.
Parmi les premiers projets à voir le jour, on peut citer les travaux faits par l'EIVD (Ecole d'Ingénieurs du canton de Vaud) qui a réalisé dès 1998 l'Hydroxy 100, un petit bateau monoplace mû par une pile PEMFC de 100 W. Depuis, d'autres prototypes ont suivi: l'Hydroxy300 (pile de 300 W) et bientôt l'Hydroxy3000.
En 2002, un bateau de la course du Rhum piloté par Roger Langevin embarque à son bord une pile à combustible. L'EIVD et Alca Torda sont notamment partenaires de l'opération.
On peut citer le projet pilote européen FC Ship visant à évaluer l'insertion de PAC dans les navires de la marine marchande.
Du côté américain, un petit bateau taxi développé par Millennium Cell, Seaworthy Systems et Duffy Electric Boat Company sera lancé début Août en Californie (Newport Beach). Le système de pile de 6 kW est fabriqué par Anuvu Fuel Cell Products, et doit fonctionner à l'hydrogène fabriqué grâce au système de Millenium Cell. Il s'agit d'un bateau pour 22 personnes qui devrait fonctionner 10 à 12 heures par jour.
Sous marins
Siemens s'intéresse particulièrement aux applications des piles dans les sous marins. En fait, Siemens a même lancé son premier en 1984, cependant, il s'agissait d'une AFC de 100 kW, tandis que les nouveaux systèmes fonctionnent avec des PEM. En 2002, Siemens a lancé en partenariat avec HDW un sous marin - dit de classe 212 - avec une pile de 250 kW destiné à la marine allemande. Son nom est U31 et il a été baptisé en Mars 2002 et devrait être lancé en 2004. Il comprend 9 PEM d'une puissance de 30 à 50 kW et fonctionne à l'hydrogène et l'oxygène. 4 autres sous marins de ce type aient déjà été commandés, par la marine allemande, ainsi que 2 pour la marine italienne.
D'autres prototypes plus élaborés - du nom de U214 - sont aussi en construction. 3 sont destinés à la marine grecque et 3 à la marine sud coréenne.
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