Un électrolyseur intelligent

Quelle est la recette pour fabriquer de l'hydrogène, sans utiliser d'énergie fossile¹ ? Il faut de l'eau et un courant électrique. Deux électrodes, l'anode (pôle positif) et la cathode (négatif) sont plongées dans l'eau. Entre elles, une membrane évite le court-circuit. « Dans un électrolyseur, on amène le courant sur l'anode. Les molécules d'eau donnent des molécules d'hydrogène (H2) à la cathode. Les bulles d'hydrogène se forment à cet endroit. »
À l'IUT de l'Université Bretagne Sud, Philippe Mandin est un spécialiste de cette électrolyse. Avec ses étudiants en sciences de l'ingénieur, dont Damien Le Bideau qui a soutenu sa thèse récemment et le doctorant Florent Struyven, il veut réaliser « un prototype d'électrolyseur simple et peu onéreux. » Les électrolyseurs existent depuis longtemps. Ce sont des packs qui réunissent plusieurs couples anode-cathode. « La performance d'un électrolyseur du commerce est en moyenne de 0,3 ampère par centimètre carré d'électrode. L'objectif des recherches dans le monde est de monter à un ampère. » L'intensité électrique serait trois fois supérieure...

Dans des conditions normales, les bulles d'hydrogène sur la cathode mesurent environ 50 micromètres. « Dans un électrolyseur aujourd’hui, les bulles sont comme dans un verre de champagne, poursuit Philippe Mandin. Elles naissent et décollent quand elles veulent. » C'est libre mais pas pratique. Florent Struyven veut améliorer ce management des bulles. Plusieurs couches de bulles collent à l'électrode... Comment interagissent-elles ?

Minimiser la tension

Pour sa thèse, Damien Le Bideau a réalisé des modèles numériques de l'électrolyse. « Le coût de l'hydrogène provient de la tension électrique imposée à la cellule, résume le jeune chercheur. Cette tension est liée aux matériaux, plus ou moins efficaces pour échanger des électrons. Mon étude permet de minimiser la tension due aux transferts d'ions. Quand ils se déplacent, il y a une perte énergétique qui augmente le coût de
l'hydrogène. » Sa modélisation montre qu'en changeant la forme des électrodes, leur hauteur et la distance entre elles, le coût de production du gaz diminue. C’est important car aujourd’hui, il coûte quatre fois plus cher de fabriquer de l’hydrogène par électrolyse qu’à partir d’énergies fossiles.

Des capteurs dans l'électrolyseur

Philippe Mandin veut aller encore plus loin. « Nous allons mettre des microcapteurs dans les électrolyseurs. Les informations recueillies guideront la réaction chimique, pour que les électrodes deviennent intelligentes. L'électrolyseur adapte son fonctionnement. » Dans cette approche innovante, l'électrolyseur n'est plus une boîte fermée, mise au rebut quand l'un des composants non identifiés faiblit. Cette électrolyse se veut aussi durable.