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2,B: Motorisation


Une fois stocké , notre carburant peut-être exploité par deux types de propulsion différentes : soit par l’intermédiaire d’une pile à combustible , soit grâce à un moteur thermique.

Étudions d’abord, le moteur thermique : c’est celui présent dans les voitures diesel ou essence. Son fonctionnement ne diffère pas dans les voitures à hydrogène à l’exception évidemment du carburant : le dihydrogène.

Le dihydrogène est amené au moteur (à l’état gazeux)et mélangé à de l’oxygène au niveau d’un piston .

Ce dernier a besoin d’énergie pour fonctionner : au contact d’une étincelle  provoquée par une bougie , le mélange comprimé (oxygène + dihydrogène) entraînera la combustion.

L’explosion anime alors le piston qui va décrire un mouvement alternatif .Ce déplacement sera transformé en mouvement rotatif, par l'intermédiaire de la bielle et du vilebrequin.Un enchaînement d’engrenage mettra ainsi la voiture en mouvement.

Il faut ajouter à cela un carburateur, qui permettra de doser l'arrivée de carburant et d'air et un volant magnétique pour fournir l'électricité à la bougie.

Le tout faisant du bruit, il est nécessaire d’installer un pot d'échappement pour l'atténuer même si le seul dégagement théorique est de l’H2O.


Toutes ces pièces en mouvement provoquent des frottements et des échauffements ,c’est pourquoi un système de circulation d’eau froide autour de la chambre d’explosion (le piston ) est indispensable.


 

Intéressons-nous à présent à la pile à combustible.

Comme étudié précédemment, un moteur classique à explosion prend un carburant, de l'essence, le mélange avec un comburant (corps qui combiné au carburant va entrainer la combustion de ce dernier), de l'air, et fournit en échange de ces deux ingrédients une force motrice qui permet de mouvoir le véhicule. Mais s'il n'y a plus d'essence, le moteur s'arrête.


Une pile à combustible prend elle aussi un carburant, c'est le plus souvent de l’hydrogène (appelé combustible (corps ayant la capacité de bruler)) et fournit en échange non pas une force motrice, mais un courant électrique. Une pile à combustible ne peut donc faire avancer une automobile comme un moteur à essence, mais comme ce dernier, s'il n'y a plus de combustible, la pile s'arrête.

Une voiture fonctionnant avec une pile à combustible avance avec un moteur électrique, et la fonction de la pile à combustible est de fournir le courant électrique qui fera tourner ce moteur. C'est pourquoi le dihydrogène dans le cas de la pile à combustible n’est pas un carburant mais un «vecteur d’énergie ».



Le principe de fonctionnement d’une pile à combustible est le principe inverse de l’électrolyse de l’eau.

Ainsi, là où l’électrolyse de l'eau la dissocie en ses éléments constitutifs (hydrogène et oxygène), la pile à combustible les réunit pour produire de l'électricité, tout en rejetant de l’eau (ou plutôt de la vapeur d'eau, car la plupart des piles à combustible fonctionnent à une température d'environ 80°), et sans la moindre émission polluante si l'hydrogène employé est pur.

La pile à combustible est constituée de deux électrodes (une anode et une cathode), séparées par un électrolyte (matériau qui bloque le passage des électrons, il peut-être liquide mais est le plus souvent solide, on le désigne alors sous le terme de membrane).

Pour fonctionner, elle nécessite un apport de dihydrogène (combustible) et de dioxygène (comburant).

Le dihydrogène passe par l'anode où il est oxydé. Après dissociation, il se forme des ions H+ et des électrons :

2H2 => 4H++4e-

Les électrons ne pouvant pas passer l'électrolyte, ils passent donc par un circuit supplémentaire sur lequel est placé un dispositif électrique utilisateur : le moteur électrique .

La turbine du moteur est entraînée par les électrons avant de transmettre à son tour le mouvement circulaire qui agira plus tard sur les roues.

Le circuit se termine à la cathode, où le dioxygène de l'air se combine avec les ions hydrogène et les électrons qui rejoignent le circuit. Il se forme de l'eau selon la réaction suivante
O
2 + 4H+ + 4e- => 2H2O


Cette réaction est exothermique c'est-à-dire qu’elle crée de la chaleur qui peut elle aussi être utilisée par la voiture (système de chauffage, ...).


Une automobile fonctionnant grâce à une pile à combustible est donc plus complexe qu'une auto classique, et donc plus chère, mais ses avantages compensent largement ce surcoût.

 

 

 

Avantages d'une auto fonctionnant avec une pile à combustible

Quasi-absence de pollution sonore : une pile à combustible au maximum de sa puissance n'émet aucun bruit, cependant la pompe d'alimentation en hydrogène peut produire un léger son, de même pour le système de ventilation (qui lui assure de rester à sa température idéale de fonctionnement). Le moteur électrique émet un léger bruit mais celui-ci est relativement faible comparé a celui d’un moteur thermique.


Absence totale de tous gaz d'échappements et d'émissions toxiques. Il n'y a pas de combustion, c’est pourquoi rien ne brûle pour produire des oxydes polluants, ou autres éléments toxiques. Le seul rejet du fonctionnement d'une pile à combustible est de l'eau la plus pure qui soit puisque uniquement composée d'oxygène et d'hydrogène.



Inconvénients d'une auto fonctionnant avec une pile à combustible

La dangerosité de l'hydrogène:c'est un gaz inflammable et détonant (explosif), c'est pourquoi les constructeurs cherchent un système capable de convertir l'hydrogène en un liquide inoffensif et facile à stocker,qu'un réformeur retransformerait ensuite en hydrogène au fur et à mesure les besoins de la pile . Il faudrait donc intégré ce système à la voiture ce qui la rendrait d'autant plus complexe.

La dangerosité de l'hydrogène peut être contournée par des normes de sécurité rigoureuse.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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