La Plateforme Hydrogène
PRÉSENTATION :
La « Plateforme Hydrogène » de Toulouse est une plateforme de tests expérimentaux qui vise à étudier les potentialités des technologies hydrogène (production, stockage, utilisation etc.) comme les piles à combustible, les électrolyseurs d’eau et les technologies pour maîtriser la combustion de l’hydrogène. Initiée en 2010 et portée depuis par le laboratoire LAPLACE, elle héberge à ce jour trois autres laboratoires le LGC, l’IMFT, et le CIRIMAT, gérés par les mêmes tutelles : CNRS, Toulouse INP et Université Paul Sabatier.
L’expertise de La Plateforme Hydrogène se retrouve dans trois types d’activités :
- L’appui à la recherche
- La collaboration industrielle
- La prestation d’essais
Le responsable scientifique de la plateforme est Christophe Turpin, Directeur de recherche au CNRS et également responsable des activités hydrogène du LAPLACE. (Groupe de recherche GENESYS).
Le responsable technique de la plateforme est Olivier Rallières, Ingénieur de Recherche à l’Institut Polytechnique de Toulouse (INP) et rattaché au Laboratoire LAPLACE.
Quelques dates clés :
2010 : Lancement par le laboratoire LAPLACE de la première version de la Plateforme Hydrogène (120m², campus Toulouse INP).
2015 : Lancement du projet PACAERO visant à développer et effectuer un premier regroupement des expérimentations des quatre laboratoires LAPLACE, LGC, IMFT et CIRIMAT menant différents types de recherches autour des technologies hydrogène.
10 octobre 2019 : Inauguration de la Plateforme Hydrogène marquant officiellement l’ampleur qu’elle a atteinte à cette date en termes de taille, de moyens et de partenaires universitaires à l’issue du projet PACAERO.
Depuis 2019, la Plateforme a entamé une démarche d’amélioration continue et vise l’obtention des certifications ISO 9001 et EN9100 prochainement.
Fin 2024 : La Plateforme H2 déménagera sur le site Francazal (Cugnaux, près de Toulouse) où le Technocampus H2 est en train d’être développé. Il comportera une surface proche de 10000m². Outre le regroupement de toutes les expérimentations autour des technologies de l’hydrogène de nos quatre laboratoires, il offrira une approche intégrée formation pratique/ recherche bas TRL/ recherche hauts TRL permettant un accueil d’essais industriels jusqu’à 1 MW. (TRL = niveaux de maturité).
La plateforme en chiffres :
4 laboratoires aux compétences complémentaires :
- LAPLACE (LAboratoire PLAsma et Conversion d’Energie) – gestionnaire de la plateforme
- LGC (Laboratoire de Génie Chimique)
- IMFT (Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse)
- CIRIMAT (Centre Inter-universitaire de Recherche et d’Ingénierie des MATériaux)
650m² de surfaces expérimentales H2 répartis sur 3 sites :
- Laplace – Campus Toulouse INP (Toulouse-Labège) – 500 m²
- IMFT (site Toulouse INP – IMFT, Ile du Ramier) – 90 m²
- Laplace (site Toulouse INP – ENSEEIHT, Toulouse centre) – 60 m² H2 + 100 m² micro-réseaux intelligents
9 millions d’euros investis : on estime que 9 millions d’euros ont été investis pour la réalisation de la « Plateforme Hydrogène » dans sa forme actuelle dont pratiquement 6 millions d’euros ont été financés lors du projet PACAERO.
THÉMATIQUES :
1) La production d’hydrogène par l’électrolyse AWE (1) (LGC), PEMWE (2) (LAPLACE), AEMWE (3) (LAPLACE) et SOWE (4) (CIRIMAT, LAPLACE), la bioélectrolyse (LGC) et la photoélectrolyse (CIRIMAT).
- La production d’hydrogène biosourcé via la conception de designs innovants et l’étude de cellules instrumentées de bioélectrolyse des déchets et des effluents. Le test et l’optimisation de la durabilité des composants de ces cellules d’électrolyse. (LGC)
- Développement de matériaux d'électrodes pour diminuer les coûts de l'électrolyse aqueuse (AWE). (LGC)
- L’optimisation des propriétés des matériaux utilisés pour les électrolyseurs haute température (EHT ou SOWE). (CIRIMAT)
- La production d’hydrogène via la photoélectrolyse par une méthode de transformation de la lumière du soleil pour dissocier une molécule d'eau en hydrogène et oxygène. Les matériaux absorbants de lumière utilisés sont stables chimiquement, éco-durables, faciles à mettre en œuvre et peu coûteux. Ils permettent des rendements de production d’hydrogène importants. (CIRIMAT)
- La caractérisation et la modélisation des performances et du vieillissement des électrolyseurs de type PEM, AEM et SOWE en régimes quasi-statiques et dynamiques (fluctuations liées à l’intermittence des énergies renouvelables, impact des harmoniques de courant générés par l’électronique de puissance…). (LAPLACE)
2) Le stockage de l’hydrogène sous forme solide (LGC), via les liquides organiques porteurs d’hydrogène (LOHC (5) – hydro/déshydrogénation de molécules) pour le transport longue distance de l’hydrogène (LGC), sous forme cryogénique (LAPLACE).
- L’évaluation de la capacité de stockage, et la caractérisation d’un point de vue énergétique et structural, en conditions de pression et température données, des matériaux solides d’intérêt pour le stockage de l’hydrogène. (LGC)
- L’hydro/déshydrogénation pour le stockage et le transport de l’hydrogène en évaluant le potentiel de réacteurs catalytiques pour le stockage de l’hydrogène en liquide organique (LOHC) (5), en explorant des technologies conventionnelles ou innovantes (intensifiées) obtenues par impression additive métallique. (LGC)
- La caractérisation et la modélisation des performances d’une chaîne cryogénique. (LAPLACE)
3) La valorisation de l’hydrogène via les piles à combustible de type PEMFC (6) (IMFT – LAPLACE) et SOFC (7) (LAPLACE) et via sa combustion pour la production de chaleur ou d’énergie mécanique (IMFT).
- Caractérisation et modélisation des performances et du vieillissement des piles à combustible de type PEMFC (basse et haute température) et SOFC. (LAPLACE)
- Caractérisation et modélisation des transferts (eau, chaleur…) au sein des électrodes de piles à combustible de type PEM. (IMFT)
- Etude des performances thermo-hydrauliques des piles à combustible et des auxiliaires (BoP (8)) permettant leur bon fonctionnement. (LGC)
- Caractérisation, maîtrise et optimisation de la qualité de la combustion de l’hydrogène pour trois cas de figure : chaudière à hydrogène (voire mixte hydrogène/ CH4), moteur à hydrogène, moteur à combustibles fossiles (optimisation de la combustion). (IMFT)
- Réalisation de prototypes de composants à oxyde solide comme des piles à combustible opérant à haute température (SOFC) et des électrolyseurs haute température. (CIRIMAT)
- Etude de la durabilité des matériaux métalliques à hautes températures (>500°C) en environnements gazeux complexes. (CIRIMAT)
- Etude et test de l’intégration optimisée de ces technologies hydrogène au sein de systèmes énergétiques. Conception par optimisation de systèmes complexes prenant en compte les aspects technico-économiques, vieillissement... (LAPLACE)
(1) Aqueous or Alkaline Water Electrolyser
(2) Proton Exchange Membrane Water Electrolyser
(3) Anion Exchange Membrane Water Electrolyser
(4) Solid Oxide Water Electrolyser
(5) Liquid Organic Hydrogen Carrier
(6) Proton Exchange Membrane Fuel Cell (low and high temperature)
(7) Solid Oxide Fuel Cell (intermediate and high temperature)
(8) Balance Of Plant
@CNRS – Fréderic Maligne
@CNRS – Fréderic Maligne
@CNRS – Fréderic Maligne
LGC
MOYENS TECHNIQUES :
Bancs d’essais pour piles à combustible
Bancs d’essais pour électrolyseurs d’eau
Bancs d’essais pour les milieux poreux constitutifs des piles à combustible et des électrolyseurs d’eau
Atelier de prototypage pour les piles à combustible et les électrolyseurs de type SO
Banc d’essais pour hydrures métalliques
Bancs d’essais pour la combustion de l’hydrogène
Plateforme de tests pour investigations de micro-réseaux intelligents
Enceintes Climatiques
Métrologie.
@CNRS – Fréderic Maligne
@CNRS – Fréderic Maligne
@CNRS – Fréderic Maligne
LGC
PROJETS INSTITUTIONNELS :
PIPAA (sous-projet du méta-projet Hyport) – 2017-2022 – LAPLACE, SAFRAN, TRONICO, CEA, AD-VENTA, ENAC : PIles à combustible Pour Applications Aéronautiques – études du vieillissement des piles à combustible de type PEM (haute température), optimisation de leurs conditions d’arrêt et de démarrage, optimisation de leur gestion électrique (hybridation, électronique de puissance).
Financements : BPI France
HyMAZONIE – 2018-2022 – LAPLACE, CNES, GDI, Université de Guyane, CEA, Collectivité territoriale de Guyane, AREVA : Micro-réseaux intelligents autonomes sur le territoire de Guyane
Financements : ADEME
De nouveaux projets d’envergure sont en cours de signature :
ECH2 – 2021-2024 – VITESCO Technologies, ALSTOM Hydrogène, SIEMENS Industry Software, LAPLACE, IFPEN : Le projet « Électronique de Contrôle pour véhicules à Hydrogène » (ECH2) ambitionne de développer et produire la prochaine génération d’électronique de contrôle pour des systèmes de piles à combustible. Il vise à réduire le coût des véhicules à hydrogène en misant sur une approche modulaire et l’augmentation de la durée de vie du système.
Financements : ADEME
EquipEx+ DurabilitHY – 2021-2027 – Université de Toulouse (LAPLACE, IMFT), Université de Belfort (FEMTO-ST, FCLAB), Université de Lorraine (LEMTA). L’objectif de ce projet porte sur l’étude de la durabilité des technologies hydrogène : piles à combustible et électrolyseurs de fortes puissances de type PEM par une approche partant de l’échelle locale à l’échelle système.
Financements : ANRT
LLITCHY – 2021-2027 : LAPLACE LGC IMFT et CIRIMAT alliés pour le développement de l’HYdrogène énergie. L’objectif de ce projet, financé par du CPER (Etat – Région Occitanie – Toulouse Métropole) et du FEDER REACT EU est de déployer des équipements expérimentaux de haut niveau pour développer, concevoir, optimiser, caractériser, modéliser et enseigner des procédés pour produire, stocker et valoriser l’hydrogène en tant que vecteur énergétique.
Financements : UE (FEDER), Etat, Région Occitanie, Toulouse Métropole
NewElec – 2021-2024 – LGC, CIRIMAT, 6T-MIC : dans le cadre du défi clé « Hydrogène vert », il s’agit d’une collaboration entre ces trois partenaires dont le but est de développer de nouveaux matériaux d’électrodes, en particulier l’anode, pour diminuer les coûts de l’électrolyse aqueuse.
Financements : Région Occitanie et 6-TMIC
