Une centrale à hydrogène, miniaturisée sur une puce
L'hydrogène est un élément prometteur d'une économie à énergie propre. Comme il est en général lié avec d'autres atomes, il faut l'en séparer avant de pouvoir l'utiliser. Dans ce but, l'électrolyse de l'eau est l'un des processus les plus durables qui soient. Les scientifiques du projet HYGENMEMS («Chip integrated hydrogen generation-storage-power micro system»), financé par l'UE, se sont donc lancés dans la réalisation d'un système de production, de stockage et d'utilisation, avec le but de le rendre assez compact pour alimenter des appareils sans fil de manière autonome. Le secteur de l'hydrogène et des piles à combustibles a considérablement progressé, mais reste un domaine de recherche très actif. Des scientifiques essaient d'améliorer le rendement, de réduire les coûts et de mieux comprendre comment certains matériaux accomplissent ce qu'ils font. Le projet HYGENMEMS a dû trouver les matériaux et les techniques de traitement appropriés, et développer un tout nouveau concept d'utilisation.Les catalyseurs sont critiques pour le processus de conversion de l'hydrogène. Ils doivent être très actifs et peu coûteux, et dans le cas présent, compatible avec la fabrication de micro-systèmes. L'équipe a montré qu'il était possible d'obtenir un meilleur rendement catalytique et une large surface active grâce à la pulvérisation simultanée de platine et d'iridium via un magnétron.Les chercheurs ont choisi les films de palladium pour stocker l'hydrogène. Ce métal a été qualifié d'éponge à hydrogène. Dans les conditions normales, il peut absorber 900 fois son volume d'hydrogène, en formant de manière réversible un hydrure de palladium à structure réticulée. HYGENMEMS a fabriqué avec une grande fiabilité des couches de palladium aux propriétés adéquates pour toute une gamme d'épaisseurs, allant de 100 nanomètres jusqu'à quelques micromètres.Après avoir fabriqué la membrane électrolytique en polymères, nécessaire pour l'électrolyse et pour le fonctionnement inverse (comme pile à combustible à hydrogène), l'équipe a intégré tous les composants. Il a fallu cinq masques de lithographie pour graver le microsystème de conversion à hydrogène sur une seule galette de silicium monocristallin. Le prototype fonctionnel à une seule pile a montré que les objectifs techniques étaient atteints, ainsi que la possibilité de réaliser des microsystèmes réversibles de génération d'électricité à base d'hydrogène, destinés aux appareils sans fil. La poursuite des travaux et l'optimisation des piles de cellules devraient ouvrir la voie à de nombreuses utilisations, en fonction des besoins en énergie.
