Materials Research Activities

Jean-Claude Griesemann interview

Interview Jean-Claude Griesemann

24 Février 2001

Bernadette Bensaude-Vincent- Quelle est votre opinion sur le véhicule électrique?

Jean-Claude Griesemann- Le véhicule électrique est un concept idéal qui porte dans ses gènes les limites qui définissent son créneau d'application. L'énergie avec une batterie lithium vise à une autonomie maximale de 180-200 Km, avec 4 heures de recharge. Le coût élevé de cette technologie n'a pas encore permis aux constructeurs de dégager une rentabilité vraisemblable. La voie ouverte par Toyota, objet de développements en cours, c'est l'hybride: moteur thermique avec assistance électrique légère pour adoucir les transitions. C'est l'optimum du raffinement électrique sur un véhicule conventionel.

BBV- Y-a-t-il plus d'espoir du côté des piles à combustibles?

JCG - Le concept existe depuis Grove (1827) mais les piles à combustibles ne sont entrées en application que dans la seconde moitié du XXe siècle dans les capsules Gemini. C'était très bien adapté. L'hydrogène existe dans le propulseur, l'oxygène existe en tant que comburant des propulseurs; la pile à combustible utilise ces réactifs pour fournir du courant par migration des ions H+ à travers l'électrolyte et produit de l'eau qui est grandement nécessaire dans une station habitée. L'utilisation d'oxygène pur affranchissait l'électrolyte alcalin du risque de contamination par le dioxyde de carbone.

BBV- Est-il possible de transférer la technique aux automobiles?

JCG - L'air ambiant contient du CO2. On a utilisé la chaux sodée pour capturer le CO2 : La société ELENCO en Belgique, soutenue par le Centre d'études nucléaires de Mol a construit un autobus utilisant une batterie de ces piles à combustible alcalines : il comprenait une remorque contenant  la pile et la chaux sodée. La faillite de la société ELENCO n'a pas permis la venue à terme de ce premier démonstrateur..

En France, un grand programme-cadre de recherche et développement pour l'industrie des transports terrestres (PREDITT) a été lancé en 1991 par le gouvernement français, favorisant un partenariat entre Renault, PSA , le CEA, le CNRS et l'Agence pour l'environnement et la maîtrise de l'énergie (ADEME). Ce programme sur 5 ans fut doté d'un budget de 50 million de FF : 25 millions apportés par l'ADEME et le reste par les partenaires industriels. Gérard Chaumain alors responsable des technologies avançées à l'ADEME (22 Rue Louis Vicat, Paris 15e) a joué un rôle moteur dans ce projet.

Le programme de recherche a été articulé autour de trois questions :

  • qu'est une pile à combustible?
  • comment construire une pile à combustible?
  • comment  la fabriquer dans des conditions économiques réalistes?

Le programme de recherche a mobilisé le CEA, 12 laboratoires du CNRS et un institut de recherche privé, sous contrat, la SORAPEC à Fontenay-sous-Bois.

Les résultats furent prometteurs : 1 kW mais pas d'autre matériau pour le catalyseur que le platine. Dans le cadre de cette étude, on a réussi à minimiser considérablement le taux de platine nécessaire. On est passé de 20g de Pt/kW en 1991 à 1g de Pt/kW en 1995.

BBV - Est-ce que la commission européenne a joué un rôle dans ce programme?

JCG – En 1993, la Commission européenne à Bruxelles soutenait le laboratoire de PETTEN aux Pays-Bas dans la création d'un Brass Board, un banc d'essai, un système roulant pour tester les éléments constitutifs d'une pile à combustibles. Ce projet était en cours de réalisation au Centre nucléaire néerlandais.

Peter Zeegers, scientific officer de la DGXII à la Commission européenne (plus tard il y sera directeur) soutenait de tous ses efforts le désir de passer aux applications. Quelques mois plus tard, fin 93, la Commission lançait un appel d'offres incluant les véhicules à piles à combustibles.

Deux ingénieurs furent recrutés : un électrotechnicien de l'ENSI de Lyon, un électrochimiste du LEPMI de Grenoble qui avait fait un post-doc chez Siemens. Cette petite équipe a travaillé durement et s'est vraiment investie dans le projet.

On a divisé le véhicule en 5 packages :

  • piles à combustibles
  • système des auxiliaires (qui entoure la pile à combustible)
  • réservoir à hydrogène liquide
  • motorisation électrique (à l'avant)
  • véhicule intégré

Pour chaque package on a identifié trois partenaires potentiels et on a choisi l'un des trois.

Chaque partenaire devait apporter sa contribution fiancière au projet.

  • Pour la pile à combustibles, on a contacté Elenco en Belgique, Siemens en Allemagne, De Nora en Italie, à Milan. Finalement,on a choisi De Nora. [1]
  • Pour le réservoir d'hydrogène, on a rencontré Air Liquide en France, Linde en Allemagne, Messer Griesheim en Allemagne. Pour stocker l'hydrogène à –250°C, il faut des réservoirs cryogèniques à haute isolation. Les conditions de sécurité sont drastiques.
  • Pour la motorisation électrique,  on avait le choix entre les technologies émergentes ou déja exploitées. Notre recherche portait sur la taille du moteur et son rendement. On a pressenti Siemens, AUXILEC en France (expert en véhicule électrique) et Fichtel und Sachs en Bavière.
  • Pour le système auxiliaire, il fallait une expertise en systèmes complexes, dynamique des fluides et thermodynamique; plus une expérience dans le maniement de l'hydrogène. On a consulté Vickers Shipbuildings Ltd, en Ecosse (VSL), Ansaldo Ricerche en Italie, fabricant d'autobus et de centrales

Dans tous les cas nos critères de choix étaient :

  1. prestation maximale au meilleur coût
  2. compatbilité entre les partenaires
  3. disponibilité et réactivité 

Par exemple, Linde proposait un réservoir plus cher que Air Liquide, lui-même plus cher que Messer Griesheim  à  400 000FF. On a choisi Air Liquide, non parce qu'ils sont français mais parce qu'ils offraient une prestation en plus pour la circulation de l'air.

La compagnie écossaise VSL a été écartée car ils avaient déjà signé un accord avec Ballard, une société canadienne concurrente sur le terrain des véhicules à piles à combustible. Pour orienter l'architecture du véhicule on a choisi Volvo car il offrait la simulation numérique qui évitait les tâtonnements.

On a ainsi constitué une équipe de 6 partenaires [2] qui fut agréée par la Commission européenne en 1994. Le budget était de 4.3 millions d'euros (environ 25 millions de FF) pour l'ensemble du projet. La commission européenne versait 2.5 millions d'Euros en trois ans, le reste étant à la charge des partenaires.

Le résultat: Fever, un véhicule qui pèse 2200 kg, capable d'une autonomie de 500km à émissions de polluants nulle, mais dans lequel l'habitabilité n'est pas préservée.

L'équipe technique, chez Renault, était très faiblement dimensionnée (2 ingénieurs et 2 techniciens) puisque, dans un projet multipartenaires, chacun d'eux assume sa part de la charge sectorisée.

Certains partenaires ont fait plus que leur part de travail, en particulier le Centre Energétique de l'Ecole des Mines à Sophia-Antipolis dirigé par Patrick Achard, assisté de Rudoph M. Meyer, qui venait de finir sa thèse. Ils étaient en charge de la validation de la pile à combustible; ils l'ont expérimentée dans leur labo. Luc Rouvère a conçu le système autour de la pile en faisant un calcul de gestion optimale de l'énergie par simulation numérique.

Les méandres administratives de l'homologation on conduit Air liquide a livrer le réservoir avec un an et demi de retard. Il a fallu obtenir une prolongation du projet de 1997 à 1998 et engager des ressources et dépenses très supérieures à celles du contrat initial.

BBV : Est-ce que la simulation joue un rôle décisif à ce niveau?

JCG : Oui elle évite bien des tâtonnements.

BBV : Quels étaient les projets concurrents?

JCG : Que se passait-il dans le monde entre 1994-98? En 1994 Daimler-Benz annonce Necar 1: un camion de 3,5 tonnes avec seulement 2 places. L'hydrogène est comprimé et l'autonome inférieure à 100km.

En 1995, Daimler sort Necar 2 : l'espace libre est plus grand : 6 places, car ils intègrent la pile à combustibles et le système dans le plancher tandis que le réservoir à hydrogène comprimé est logé dans un double plafond.

BBV : Et quel est l'électrolyte utilisé?

JCG: Dans notre cas c'est un polymère conducteur de protons, un polysulfone fluoré Toutes ces piles sont au Nafion ou a un dérivé de Nafion.

En 1996 Daimler Chrysler présente le Necar 3. Une classe A. La pile est dans le double plancher avec un reformer qui transforme le méthanol en hydrogène. Le reformer c'est un réacteur avec catalyseur dans lequel on introduit du méthanol avec de l'eau et il sort de l'hydrogène, du CO et du CO2 et de l'acide formique. L'avantage c'est que l'hydrogène est produit à bord mais le méthanol est un neuro-toxique. Ce véhicule a été présenté au salon de Francfort.

Fin 96-début 97, Daimler Chrysler présente Necar 4, toujours une classe A. Cette fois, ils ont adopté la solution de stockage d'hydrogène liquide à l'arrière. L'effort de R&D consenti à l'époque représentait 900 millions de francs et 100 personnes travaillant pendant 7 ans.

BBV:  Y-avait-il d'autres concurrents sérieux?

JCG: Toyota a sorti RAV 4 : un véhicule à fuel cell avec un prétendu reformer de méthanol. Cela a fait beaucoup de bruit. En 1998, Daimler a pris une participation forte dans le capital de Ballard avec Ford pour une joint venture de 4 à 5 milliards avec promesse de produire un véhicule en 2004. En 1999, Toyota proclame dans un press release : les Fuel cells vehicles existent mais n'ont pas de marché. Nous gardons cette technologie en stand-by en attendant que le marché s'ouvre.

BBV : Chez les Français, qui est en course vers la pile à combustibles?

JCG: Peugeot avait engagé la recherche initiale avec Renault. Ils ont initié leur programme de recherche appliquée en reprenant certains des partenaires de FEVER . Et comme nous ils ont eu des ennuis avec Ansaldo. Ils ont un excellent service de comunication, si bien qu'aujourd'hui ils apparaissent comme les leaders dans le domaine, les mâitres de cette technologie en France.

BBV : Est-ce que le projet est poursuivi chez Renault aujourd'hui?

JCG : Maintenant le pôle lourd est pris en charge par Nissan avec 100 personnes. Ce fut une expérience passionnante. Tout le monde est fier d'y avoir participé. Un très beau résultat si l'on considère que ce fut le point de départ, l'acte fondateur d'un grand programme de véhicules à piles à combustibles avec Nissan.

Fever est un laboratoire roulant, un mulet de démonstration ce n'est pas un véhicule. On ne peut pas le mettre entre les mains de tout le monde sans formation. Un prototype permet seulement de valider les caractéristiques réalistes d'un concept.

BBV : Quelles sont les voies poursuivies aujourd'hui?

JCG: La voie du reforming de carburant, methanol, essence ou kérosène. Tous familiers des constructeurs automobiles. Mais je pense que la solution ultime sera le stockage d'hydrogène. Le problème c'est le refuelling.

BBV :Y-a-t-il des programmes pour équiper des infrastructures routières?

JCG: C'est une décision communautaire. Il y a des pressions de la part des milieux automobiles, des Etats. Démarche assez bizarre. L'impulsion la plus forte vient des Allemands mais les Verts ne voient pas que le véhicule électrique ne fait que repousser le problème de la pollution sur la production d'électricité propre. Pour produire de l'hydrogène il faut de l'électricité donc peut-être du nucléaire.

BBV : L'objectif 2004 est-il toujours réaliste?

JCG: Une démonstration est prévue en 2004 en Californie : une petite flotte de 10 véhicules gérés par des instances bien choisies sera mise en circulation et Renault-Nissan enverra 3 véhicules.

Mais force est de reconnaître que le Mandate du zéro emission émis en 1992 par le Clean Air Board de Californie a été sérieusement révisé à la baisse. On acceptera les véhicules hybrides et mêmes le véhicules à gaz naturel bénéficieront d'un crédit. La Californie a fait beaucoup d'ouvertures pour ne pas se déjuger sur la date fixée 2003.

BBV : Le zero emission est-il une utopie?

JCG: “The zero emission vehicle is a vehicle for which electricity has been produced in the next state”. Les USA produisent l'électricité la plus pénalisante en émissions de polluants. La deuxième électricité la plus sale est celle du Danemark. Elle est produite à partir des fuels lourds très soufrés.

Le centre ECODEV du CNRS a évalué l'émission de CO2 amont et aval pour diverses catégories de véhicules suivant les pays. Le véhicule électrique génère du CO2 pour la fabrication d'électricité. Kangoo électrique conduit à la production de 17g de CO2 par km contre 160 g pour un véhicule à essence. Mais aux USA un véhicule électrique produit 115g de CO2 au km.

BBV : Alors la solution de réformer le méthanol n'est-elle pas plus réaliste?

JCG: On a 80% de rendement et le bilan global de CO2 n'est pas meilleur que celui d'un bon moteur Diesel. Le bénéfice serait de 15%. Le jeu vaut-il vraiment la chandelle?

BBV : Ne pourrait envisager d'autres concepts?

JCG : On poursuit des travaux sur le véhicule à usage partagé, sur le véhicule en libre service.

BBV : Ces alternatives sont-elles utopiques?

JCG : Pas du tout. En Grande Bretagne 40% des véhicules sont achetés par des loueurs. Les gens louent au lieu d'acheter. Ce n'est pas inintéressant.

BBV: Quels sont alors les verrous qui empêchent l'essor du véhicule électrique?

JCG : Verrou technologique surtout.

BBV: Le verrou ne serait-il pas social? Y a t il une demande?

JCG : Les gens veulent un moyen de transport, pas cher, confortable et générateur d'image positive, ils veulent ne jamais lever le capot. Mais cela peut changer car le symbole de la voiture commence à évoluer. Le volant comme symbole phallique c'est latin. Or nous devenons de plus en plus nordiques dans nos goûts. On conduit calme, d'où le succès grandissant de la boîte de vitesse automatique. Cette évolution des goûts peut amener quelque chose, un changement dans le concept de l'automobile.

Renault a-t-il entrepris des campagnes de sensibilisation du public pour favoriser les carburants alternatifs?

Le seul moyen est de convaincre les policy makers qui influençeront les acheteurs de véhicules particuliers grâce à des incitations fiscales. Prenons l'exemple du GPL, trois fois plus propre que le véhicule à essence. La Direction de Renault a engagé une grande campagne de médiatisation, avec intervention au Parlement, lobbying. Suite à quoi la loi de finance de fin 95 a prévu une baisse de 1F sur le litre de GPL. Cette mesure, entrée en vigueur le 2 janvier 96, a mis le litre de GPL à 2.75 F contre 5.50 pour le litre d'essence. Du coup les chiffres de vente de véhicules au GPL ont augmenté rapidement : de 20 000 à 40 000 en un an et 125 000 aujourd'hui. On a donc multiplié par 6 en 5 ans.

Autant des compagnies que des particuliers achètent ce genre de véhicules pour l'image de marque : Danone et Darty, par exemple.

Comment voyez vous l'avenir des piles à combustibles dans l'automobile?

A court et moyen termes, les véhicules conventionnels vont continuer avec une petite part de marché pour le GPL et le gaz naturel. L'avenir proche c'est l'hybride moteur thermique avec une assistance électrique intégrée. Cela fait gagner en consommation. Et l'objectif premier c'est réduire la consommation.

Le véhicule électrique reste un produit d'image. Le véhicule à pile à combustible? Peut être, vers 2010. Le marché commencera par les minibus et les transports en commun. En tous cas , tous les constructeurs automobiles investissent parce qu'ils veulent posséder la technologie pour le cas où cela deviendrait le véhicule d'avenir.

Mais ce sera un processus lent de conversion et la conversion ne sera jamais totale. Même les Allemands les plus avant-gardistes ménagent un segment de parc de 15% pour les piles à combustibles.

BBV N'y-a-t-il pas des moyens d'influencer la demande?

JCG : Il ne faut pas inverser les objectifs et les moyens. L'objectif est le transport des personnes et des biens, confortable, rapide qui donne satisfaction au client. Le véhicule n'est qu'un moyen et non une fin en soi. L'objectif est de ne pas changer les habitudes de conduite. Le client ne veut pas savoir ce qu'il y a sous le capot. Le véhicule électrique n'est pas satisfaisant parce que la physico-chimie des batteries a trouvé ses limites dans le tableau périodique. Tant que la recharge exigera plus d'un quart d'heure, il ne peut remplir les objectifs de marché large que nous visons.

BBV : Mais si une volonté politique rendait le véhicule plus satisfaisant?

JCG : La politique nationale ne peut rien car le marché est mondial. A l'heure actuelle Renault- Nissan produit 4 millions de véhicules et l'objectif pour 2010 est 8 millions. Cela nécessite une expansion mondiale sur le marché américain, africain, asiatique...Une faveur fiscale nationale n'est pas un motif assez puissant pour investir trois milliards dans un projet de R&D. La Mégane a coûté 9 milliards d'investissement sur 3 ans, amortis en 5 ans.

BBV: Est-ce le manque de retour sur investissement qui freinent les recherches sur le véhicule électrique?

JCG : Le retour sur investissemnt est difficile à évaluer. Notre programme de recherche a eu un résultat modeste mais il a été le tremplin d'un grand projet, engageant plus de 100 personnes. Si dans 10 ans, il n'y a pas de marché c'est un flop. Mais s' il y a un marché ce sera considéré comme un investissement très rentable car bon marché.

BBV : Le véhicule à pile à combustible est donc un futur possible?

JCG : Qui sait? Je ne peux pas prédire l'avenir. Politiquement nous n'avons pas le droit d'être absent de la course. S'il y a une chance une seule, alors il faut y aller.



[1] This electrochemical company was founded in 1923 by Oronzio de Nora. Today, De NORA SPA designs and delivers complete plants world wide for electrochemical and electrometallurgical industries.

[2] Ces 6 partenaires sont :

  • Ecole des mines (Optimizing operating parameters) was in charge of constructing a test bench and simulation models  in order to determine the optimal operating parameters of the fuel cell.
  • Ansaldo Ricerche: design, assembly and test of the Power Module.
  • Air Liquide in charge of the hydrogen tank, hydrogen recirculation and refuelling facility.
  • Volvo TD in charge of i)  energy management, ii) battery evaluation and specification, iii) safety study.
  • De Nora SPA in charge of the design, manufactre and test of the Solid Polymer Fuel Cell stacks.
  • Renault as leader of the project was responsible for the choice of the electric motor and the speicfication of the air compression system. Renault designed the architecture and assembled the demonstrator.

This transcription was written by Bernadette Bensaude-Vincent and the page was last updated on 22 June 2001 by Arne Hessenbruch.