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Hydrogen: how does a fuel cell work?
Mis à jour le
March 6, 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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Pourquoi la France a-t-elle exporté un volume record d'électricité en 2025 ?
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Qu'est-ce que le cosinus phi
C'est l'indicateur d'efficacité d'un appareil électrique ; il représente le ratio entre la puissance active (utile) et la puissance apparente (totale).
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What are the main taxes applicable?
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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).
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Farms are subject to taxes such as TICFE or TICGN. Sirenergies verifies their application, identifies cases of exemption and accompanies the procedures to reduce the tax burden.
Pourquoi mon contrat est-il en kVA et ma consommation en kWh ?
Le kVA mesure la capacité maximale que votre compteur peut supporter à un instant T, tandis que le kWh mesure la quantité d'énergie consommée sur une durée.
Why launch an energy tender?
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.
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.
What is the point of following Spot & Forward prices?
This makes it possible to choose the right time to contract, secure your budgets and anticipate increases.
Quel est l'impact de ces exportations sur le prix de l'électricité pour les entreprises ?
L'abondance de production française tire les prix du marché de gros vers le bas.
En vertu du mécanisme de l'Ordre de Mérite (Merit Order), les centrales les moins coûteuses (nucléaire, renouvelables) couvrent la demande plus souvent, évinçant les centrales à gaz ou charbon plus onéreuses.
Cela multiplie les épisodes de prix bas, voire négatifs, sur le marché spot.
Quel est l'impact réel de la rénovation de l'éclairage public ?
C'est le levier le plus rapide pour obtenir des résultats visibles. L'éclairage représente environ 40 % de la consommation d'électricité d'une commune.
Passer au LED avec pilotage intelligent permet de réduire la facture de 50 à 80 %, avec un retour sur investissement (ROI) rapide, souvent estimé à 2 ou 3 ans.
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.
What are the consequences of overpowering?
Exceeding capacity leads to financial penalties and can impact the size of the contract. Adjust the correctly subscribed power makes it possible to avoid these additional costs.
What are the customer reviews on bellenergie Business's customer service?
In 2025, the supplier had a NPS (Net Promoter Score) of +16 and a note of 4,17/5.
Satisfaction is based on a “zero solicitation” model and 100% in-house customer service in Toulon, guaranteeing proximity and responsiveness that cannot be found with major historical suppliers.
Is Bellenergie Business electricity really green?
Yes. The supplier guarantees an offer 100% renewable via the official Guarantees of Origin (GO) mechanism.
For the most demanding companies, the offer GREENVOLT+ ensures very low carbon intensity electricity, sourced exclusively from independent French producers (hydraulic, wind, solar).
What are the PP1 and PP2 alert days?
These are signals sent by RTE during periods of tension on the electrical network. The Sirenergies tool informs you in real time to anticipate your uses.
What is energy sourcing?
Sourcing consists in identifying and analysing the offers of several electricity and gas suppliers. This approach makes it possible to obtain contracts adapted to the consumption profile and budgetary constraints of the company.
Pourquoi le kVA est-il crucial pour les entreprises ?
Parce que la puissance souscrite en kVA détermine le prix de l'abonnement et que tout dépassement peut entraîner des surcoûts importants.
How to optimize taxes and contributions?
Tertiary companies are concerned by taxes such as TICFE or TICGN. Sirenergies checks the accuracy of invoices, identifies possible exemptions, and helps correct errors to sustainably reduce costs.
What are the electricity offers offered by bellenergie Business?
The range E @sy is available in four pricing structures to adapt to each risk profile:
- E @sy Fixed: 100% budget visibility without variation.
- E @sy Click: Smoothed price thanks to staggered purchases on the markets.
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- E @sy Sport: A 100% dynamic offer to take advantage of downside opportunities in real time.
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).
What is the difference between €/MWh and kWh?
The €/MWh is a price unit used in wholesale markets, while kWh is the unit visible on your bills.
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
How do I get a tax exemption?
Some businesses may obtain a partial or total exemption from the TICFE or the TICGN, depending on their activity and energy intensity. The support of an expert makes it possible to identify the eligibility criteria and to put together the file.
What are the challenges for tertiary companies?
Tertiary companies must manage their energy costs while guaranteeing the comfort of users (offices, shops, services). Consumption is often linked to heating, air conditioning and lighting, which requires precise monitoring to avoid budgetary excesses.
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