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Hydrogène : comment fonctionne une pile à combustible ?
Mis à jour le
February 5, 2026
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La pile à combustible ou PAC est un générateur qui convertit directement un combustible en énergie. Découverte en 1839 par l'Allemand Christian Friedrich Schönbein, elle a ensuite été concrétisée par Francis T. Bacon dans les années 1930. Elle servira même à alimenter les missions spatiales Apollo. Sa déclinaison la plus courante est sans doute la pile à hydrogène.
SirEnergies vous propose sans plus tarder de découvrir le fonctionnement de la pile à combustible.
Comment fonctionne une pile à combustible à hydrogène ?
Le principe de fonctionnement d'une pile à combustible est connu depuis plus de 150 ans. Il repose sur le mécanisme d'oxydoréduction. La PAC comporte deux électrodes à savoir : une cathode réductrice et une anode oxydante. Ces deux éléments sont séparés d'un électrolyte central par des catalyseurs.
L'électrolyte peut être solide ou liquide et son rôle principal consiste à faciliter le passage des ions. La présence d'une membrane échangeuse de proton évite le contact entre les réactifs à l'anode et à la cathode et bloque le passage des électrons.
De même, un réservoir fournit en permanence l'anode et la cathode en combustible. Celui-ci peut être de l'hydrogène (autrement dit de l'air) dans le cas d'une pile à hydrogène.
L'anode provoque alors l'oxydation du combustible et la libération d'électrons. Ces derniers, sous la contrainte de l'électrolyte chargé en ions, passent par un circuit externe qui offre alors un courant électrique en continu. La réaction d'oxydation électrochimique de l'hydrogène à l'anode se présente comme suit : H2 → 2H+ + 2e−.
À la cathode, les électrons et les ions se réunissent puis se recombinent avec le second combustible qui est généralement de l'oxygène. Cette réaction de réduction génère de l'eau, de la chaleur et du courant électrique.
La pile à combustible fonctionne ainsi en continu aussi longtemps qu'elle est approvisionnée. La réduction de l’oxygène de l’air à la cathode se déroule selon la réaction suivante : 1⁄2 O2 + 2H+ + 2e− → H2O. La réaction globale qui s'opère dans la pile à combustible se présente comme suit : 2 H2 + O2 → 2 H2O.
Les différents types de piles à combustible
On distingue différents types de piles à combustible selon le type d'électrolyte et de catalyseurs utilisés. Le rendement, la température de fonctionnement et les usages varient énormément d'un type à l'autre.
Si certaines PAC ne peuvent servir qu'à un usage stationnaire, d'autres, par contre, sont capables de fonctionner à des températures de l'ordre de 1 000 °C.
Les piles à membrane échangeuses de protons
Les piles à membrane échangeuses de protons ou PEMFC (proton exchange membrane fuel cell) fonctionnent à faible température (généralement inférieure à 100 °C). Elles affichent un rendement de l'ordre de 50 %.
Ces piles présentent l'avantage de démarrer rapidement et à pleine puissance. Cela leur permet d'alimenter les véhicules (comme une voiture à hydrogène) ainsi que des structures stationnaires de petite taille. Les gammes de puissance de ces piles varient de quelques milliwatts à plusieurs centaines de kilowatts.
Les piles alcalines
Les piles alcalines ou AFC (alkaline fuel cells) sont essentiellement utilisées dans les missions spatiales Apollo. Leur température de fonctionnement optimale se situe entre 65 et 90 °C. Elle peut toutefois monter à 250 °C avec un électrolyte très concentré et sous pression. À l'instar des piles PEMFC, le rendement des piles AFC est de l'ordre de 50 %.
Les piles à acide phosphorique
Les piles à acide phosphorique ou PAFC (phosphoric acid fuel cell) font partie des PAC les plus avancées dans leur développement et leur commercialisation. Fonctionnant entre 180 et 210 °C, elles sont capables d'alimenter en énergie des installations stationnaires de plusieurs mégawatts. L'immense chaleur qu'elles génèrent lors de leur fonctionnement permet leur utilisation pour la cogénération.
Les piles à oxydes solides
Les piles à oxydes solides ou SOFC (solid oxide fuel cell) sont des PAC qui fonctionnent à des températures qui peuvent atteindre 800 voire 1 000 °C. Elles sont de ce fait utilisées pour améliorer sensiblement les réactions cinétiques.
Grâce aux piles SOFC, il est possible de faire l'impasse sur les catalyseurs à base de métaux rares. Toutefois, leur temps de démarrage relativement lent et leur haute température de fonctionnement nécessitent l'utilisation de composants très résistants à la chaleur. On les utilise principalement pour produire de l'électricité stationnaire.
Les piles à carbonates fondus
Les piles à carbonates fondus ou MCFC (molten carbonate fuel cell) affichent des températures de fonctionnement plutôt élevées (de 600 à 700 °C). Selon les applications, leur rendement assez élevé varie de 60 à 80 % et elles assurent le fonctionnement de grosses productions stationnaires.
En définitive, la pile à combustible est un générateur qui, grâce à une combustion électrochimique, produit de l'énergie. Son fonctionnement se base sur une simple réaction d'oxydoréduction entre une anode et une cathode réceptrice d’électrons, toutes deux séparées d'un électrolyte par des catalyseurs. Elle ne rejette aucun GES, ce qui en fait une alternative de choix actuellement si les problèmes relatifs à sa production sont réglés.
N’hésitez pas à consulter notre article complet sur l’hydrogène pour aller plus loin.
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Les réponses à vos questions
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Comment sera calculé le montant du Versement Nucléaire Universel (VNU) sur ma facture ?
Le VNU repose sur les revenus excédentaires d'EDF.
Si les prix de marché dépassent les coûts de production du nucléaire (estimés à 60,3 €/MWh), EDF reverse une partie de ses profits à l'État.
- Entre 78 et 80 €/MWh : 50 % des revenus excédentaires sont captés.
- Au-delà de 110 €/MWh : 90 % sont captés.Ces sommes sont ensuite redistribuées à tous les consommateurs sous forme d'une remise en euros par MWh, visible directement sur votre facture d'électricité.
Comment optimiser les taxes et contributions ?
Les entreprises tertiaires sont concernées par des taxes comme la TICFE ou la TICGN. Sirenergies vérifie l’exactitude des factures, identifie les exonérations possibles et aide à corriger les erreurs pour réduire durablement les coûts.
Qu’est-ce que le sourcing en énergie ?
Le sourcing consiste à identifier et analyser les offres de plusieurs fournisseurs d’électricité et de gaz. Cette démarche permet d’obtenir des contrats adaptés au profil de consommation et aux contraintes budgétaires de l’entreprise.
Pourquoi la France a-t-elle exporté un volume record d'électricité en 2025 ?
Ce record de 92,3 TWh s'explique par la conjonction de trois facteurs :
- Le redressement du parc nucléaire : Après les problèmes de corrosion sous contrainte de 2022, la production nucléaire a retrouvé une forte disponibilité (373 TWh).
- L'essor des renouvelables : Une capacité installée en hausse (solaire et éolien) et une production hydraulique solide.
- Une consommation intérieure atone : La demande française reste inférieure de 6 % à la moyenne historique, créant un surplus massif disponible pour nos voisins.
Comment lire une facture d’électricité ou de gaz ?
Une facture se compose de plusieurs éléments : consommation, part fournisseur, taxes et contributions. L’analyse de chaque ligne permet d’identifier d’éventuelles erreurs et de vérifier la cohérence avec le contrat signé.
Comment bien définir sa puissance souscrite ?
La puissance souscrite doit être calculée en fonction du profil de consommation et des usages (chauffage, process industriels, équipements tertiaires). Une analyse fine permet d’assurer l’adéquation entre besoin réel et contrat.
Qu'est-ce qui remplace l'ARENH depuis le 1er janvier 2026 ?
Le dispositif ARENH a laissé place au VNU (Versement Nucléaire Universel).
Ce changement structurel expose davantage les entreprises aux prix de gros, rendant la gestion des risques plus complexe qu'auparavant.
Il devient alors indispensable de définir une stratégie d'achat d'électricité avec Sirenergies pour lisser l'impact de la volatilité des marchés sur votre budget.
Qu’est-ce qui remplace concrètement l’ARENH au 1er janvier 2026 ?
L'ARENH n'est pas remplacé par un dispositif unique, mais par une combinaison de mécanismes visant à stabiliser les prix.
Le principal est le Versement Nucléaire Universel (VNU), un système de redistribution qui s'appliquera à tous les consommateurs. Pour les très gros sites industriels (> 7 GWh/an), des contrats de long terme spécifiques, les CAPN (Contrats d’Allocation de Production Nucléaire), sont également proposés par EDF.
L'hydroélectricité est-elle une énergie "propre" ?
Oui, elle est considérée comme une énergie renouvelable à faibles émissions de gaz à effet de serre.
De plus, l'eau ne subit aucune transformation chimique durant le cycle de production et réintègre son milieu naturel en aval.
Cependant, la construction de barrages nécessite des mesures pour protéger les écosystèmes (débit minimum, passes à poissons).
Quelles taxes concernent particulièrement les industriels ?
L’industrie est concernée par la TICFE, la TICGN et d’autres contributions qui peuvent représenter une part importante des factures. Sirenergies identifie les cas d’exonération et accompagne les démarches pour en bénéficier.
Comment l'eau est-elle transformée en électricité ?
Le processus repose sur l'utilisation de la force de l'eau (énergie cinétique) issue des courants, des chutes d'eau ou des dénivelés. Le fonctionnement suit trois étapes clés :
- Le barrage retient l'eau et l'oriente vers des conduites.
- La pression de l'eau fait tourner une turbine, créant de l'énergie mécanique.
- Une génératrice (alternateur) transforme cette énergie mécanique en électricité, laquelle est ensuite adaptée par un transformateur pour le réseau
Pourquoi lancer un appel d’offres énergie ?
Un appel d’offres permet de mettre en concurrence plusieurs fournisseurs d’électricité et de gaz afin d’obtenir des conditions contractuelles optimisées. C’est une démarche transparente qui permet de choisir l’offre la plus adaptée aux besoins budgétaires et techniques de l’organisation.
Quel est le nouveau record 2025 d'exportation d'électricité de la France ?
En 2025, la France a atteint un solde exportateur net de 92,3 TWh, battant le précédent record de 2024 (89 TWh).
Quelle est la différence concrète entre le transport et la distribution d'électricité ?
Le transport (RTE) correspond aux "autoroutes" de l’électricité. Il s’agit de transporter de très grandes quantités d'énergie sur de longues distances, depuis les centrales de production (nucléaires, barrages, parcs éoliens offshore) vers les régions de consommation.
La distribution (Enedis) s'apparente aux "routes départementales" et aux rues. Elle récupère l'électricité à la sortie du réseau de transport pour la livrer directement chez le client final, en abaissant la tension pour qu'elle soit utilisable par vos appareils.
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