Une pile à combustible produit l’électricité directement par le déclenchement d’une réaction électrochimique hydrogène/oxygène (voir illustration ci-dessus).

L’hydrogène peut être extrait de diverses substances allant du gaz naturel au biogaz. Dès lors que les piles à combustible ne brûlent pas à proprement parler de combustible, elles n’émettent généralement pas de gaz nocifs. La pile à combustible présente un rendement de conversion d’énergie de 60%, qui peut être amélioré à plus de 80% si l’on fait également intervenir la chaleur émise par la réaction. Ces taux sont supérieurs à tous ceux présentés par tous autres systèmes générateurs, ce qui constitue encore un indéniable avantage. Les piles à combustible furent utilisées pour la première fois dans les années soixante comme source d’énergie pour les vaisseaux spatiaux, et depuis les crises pétrolières de la décennie soixante-dix, les développeurs de maints pays n’ont cessé d’explorer les possibilités de les utiliser à la place des centrales thermiques.

Le développement de la pile à combustible a avancé au Japon sous l’impulsion de deux plans décennaux dans le cadre d’un projet national lancé en 1981. L’un des résultats du projet fut la commercialisation d’une pile à combustible à acide phosphorique (ou PAFC = Phosphoric Acid Fuel Cell). Alors que ces PAFCs en étaient encore à leur tout début, il y a quelques années déjà, deux cents d’entre elles furent installées en différents endroits du Japon, produisant chacune de 50 à plus de 200 kW. Plusieurs douzaines demeurent toujours en service aujourd’hui, totalisant une production d’environ 10 000 kW pour des usines et des bâtiments publics. Mais l’électricité des PAFCs revient, où qu’elles se trouvent, entre 400 000 et 500 000 yens par kW, beaucoup plus que le coût de l’électricité produite par turbine à gaz. Ce qui explique pourquoi la diffusion des PAFCs ne s’est toujours pas généralisée.

Diverses piles à combustible furent mises au point dans le cadre de ce projet national, et celle qui reçut les améliorations les plus rapides au cours de la dernière décennie est la Pile à combustible à membrane électrolyte polymère (PEMFC = Polymer Électrolyte Membrane Fuel Cell). L’importance de sa capacité productrice d’électricité à température ambiante donne bon espoir qu’elle pourra bientôt énergiser l’habitation et la voiture. À la fin de 2002, Toyota et Honda finalisèrent la construction de leurs « véhicules à piles à combustibles » motorisés par PEMFC. Les deux constructeurs ont déjà livré sept exemplaires au Conseil des ministres ainsi qu’au Ministère de l’économie, du commerce et de l’industrie, plus encore trois livrés par Honda à la Ville de Los Angeles.

Le FCX, le véhicule à pile à combustible de Honda est motorisé par pile à combustible à membrane électrolyte polymère développant un rendement maximal de 78 kW. Le réservoir à haute pression (350 atmosphères) contient 156 litres d’hydrogène pur. La voiture offre une autonomie de 355 km et une vitesse maximale de 150 km/h. Des condensateurs de haut rendement redoutablement efficaces (voyez ce page) prennent le relais des batteries pour assurer l’apport énergétique nécessaire lors du démarrage et des accélérations. Les pilotes d’essais étaient unanimes à se déclarer agréablement surpris du coefficient d’accélération de la machine. Certes, un certain nombre de problèmes restent à résoudre, dont le chèque franchissant allégrement la barre des 100 millions de yens à l’achat ne doit pas être le moindre, outre que personne ne sait encore très bien comment devront être installées les stations-service à hydrogène. Il n’empêche qu’avec son autonomie satisfaisante et son excellente accélération, deux avantages refusés aux véhicules électriques, le véhicule à pile à combustible a de fortes chances de s’imposer comme le premier choix pour animer les automobiles de la prochaine génération.

Une adaptation de la pile à combustible à membrane électrolyte polymère (PEMFC) est la pile à combustible méthanol direct (DMFC = Direct Méthanol Fuel Cell) qui recourt au méthanol pour carburant au lieu d’hydrogène pur, celui-ci étant libéré du méthanol par processus interne. La DMFC est moins risquée que la PEMFC marchant à l’hydrogène, et elle peut être viabilisée sous forme compacte. Cet avantage a amené les grands constructeurs électroniques à aller de l’avant sur la voie du développement de petites DMFCs pour animer les ordinateurs portables et les téléphones mobiles.

En 2003, Toshiba publiait de l’information sur un prototype de DMFC encliquable tenant dans la paume de la main pour la recharge de la batterie du téléphone mobile. La capsule du prototype renferme 25cc de méthanol, assez pour fournir l’énergie de six piles au lithium de téléphone mobile actuel. Toshiba escompte voir son invention sur le marché en 2004 pour les ordinateurs portables et en 2005 pour les téléphones mobiles.

Le processus de production d’électricité des piles à combustible ne génère que de l’eau, voire de l’eau et de très faibles quantités de dioxyde de carbone. C’est le genre d’énergie propre qui n’était jusqu’ici qu’une douce utopie. Mais s’il faudra du temps encore avant que l’habitat avec tout son électroménager passe à la pile à combustible, elle sera très bientôt à portée de main pour nos panoplies d’appareils portables et un nombre plus décent de véhicules.