Pile à combustible (PAC)

Dossier  Technique :

L’environnement  – Un sujet au cœur de l’INFRA…

Dans le cadre du développement de nouvelles technologies et au regard de l’impact sur l’environnement, SNCF Réseau cherche à développer des systèmes d’alimentions de secours plus propres et économiquement plus performants.
Eu égard à ses performances, le choix de la pile à combustible à hydrogène (PAC) s’est révélé être une source de progrès non négligeable ; la régénération du poste de Gretz était l’occasion idéale pour une expérimentation grandeur nature.

L’alimentation des installations de signalisation est issue de convertisseurs intégrés dans une baie ALIZET délivrant du 24V continu à partir d’une source de tension ERDF 400V triphasé.

En cas de défaillance du secteur ERDF, le se-cours d’alimentation des postes de signalisation est effectuée par des batteries d’accumulateurs au plomb de type SCPE ou SCPEG pour un temps de secours des IES pouvant aller entre 4 et 12h. Bien entendu ce type d’installation est toxique par la présence du plomb et a le désavantage d’une durée de vie limitée.

Les accumulateurs ont plusieurs inconvénients :

• leur toxicité,
• leur poids,
• leur surface au sol,
• la nécessité d’être climatisé pour garantir leur durée de vie entre 7 et 10ans.

Tout cela implique la construction de locaux techniques particuliers et engendre des couts non négligeables tant pour la mise en œuvre que pour la maintenance.
La pile à combustible (PAC) est une solution industrielle qui permet la suppression des accumulateurs au plomb des installations SNCF. Ce nouveau système est GAME d’un point de vue fonctionnel.
Le schéma de principe est présenté ci-dessus.

Principe de fonctionnement d’une pile alimentée en hydrogène (H2) et en oxygène (O2).

Le produit de la réaction chimique générant une différence de potentiel se compose uniquement d’eau (H2O).
Elle comporte :

• deux plaques bipolaires :
  • une pour distribuer l’hydrogène,
  • une autre pour distribuer l’oxygène et évacuer l’eau,
• deux électrodes : une anode et une cathode pour faire circuler le courant électrique (électrons),
• une membrane échangeuse de protons faisant fonction d’électrolyte : elle bloque le passage des électrons et laisse passer les ions H+,
• des catalyseurs (platine) : accélèrent les réactions entre les gaz.

L’hydrogène (provenant d’une électrolyse ou d’un reformage d’hydrocarbures) entre par la plaque bipolaire gauche. Arrivé à l’anode, le dihydrogène (H2) se dissocie (par oxydation) en protons et en électrons selon l’équation : 2 H2 = 4 H+ + 4 e-.
Les protons traversent alors la membrane, mais les électrons, bloqués, sont contraints d’emprunter un circuit extérieur, ce qui va générer un courant électrique.
À la cathode, les protons, les électrons et du dioxygène (pur ou provenant de l’air) se rencontrent pour former de l’eau selon l’équation :
4 H+ + 4 e- + O2 = 2 H2O.
L’eau et le dioxygène passent par la plaque bipolaire droite. Cette réaction va produire également de la chaleur pouvant être récupérée.

La pile à combustible à membrane échangeuse de protons est un générateur d’électricité qui transforme l’énergie d’une réaction chimique en courant électrique de façon continue

Règlementation ; environnement :
Pour être assujetti à la règlementation sur le stockage ou l’emploi de l’hydrogène, il faut que la quantité d’hydrogène soit supérieure ou égale à 100 kg ; précision issue de la rubrique 1416 de la nomenclature IC (installations classées).
La masse d’hydrogène stockée pour le poste de Gretz-Armainvilliers est d’environ 14 kg.
Cette masse étant largement inférieure à 100 kg, aucune déclaration ou autorisation n’est nécessaire auprès de l’administration pour mettre en œuvre ce type installation.
Néanmoins, il est souhaitable de signaler aux services départementaux d’incendie et de secours l’utilisation d’hydrogène pour une PAC.

Repris dans le Bulletin N° 289 de Janvier-Février 2016, vous trouverez ci-après le lien vers le dossier complet.

 Dossier complet au format PDF

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