Essais & Simulations 154

DOSSIER
RETOUR D’EXPÉRIENCE
La conception générative accélère le
développement des piles à combustible à
hydrogène
Comme solution alternative aux groupes motopropulseurs électriques à batterie, Toyota
poursuit le développement de piles à combustible hydrogène-oxygène pour alimenter voitures,
poids lourds voire villes entières, en énergie. Afin d’accélérer le processus de R&D des plaques
d'écoulement de ces piles à combustible, le Toyota Research Institute of North America (Trina)
a mis au point une nouvelle méthodologie basée sur la simulation.
«
Tout-électrique ». Cette expression
est devenue la devise
de tous ceux qui souhaitent
réduire la dépendance
mondiale aux combustibles fossiles.
Cet impératif d’électrification est déjà
présent autour de nous, notamment
avec les véhicules électriques hybrides
(HEV) et les véhicules électriques à
batterie (BEV) désormais familiers sur
nos routes. Cependant, alors que de
nombreux constructeurs automobiles
augmentent leur production de véhicules
hybrides et électriques à batterie,
une entreprise se consacre au développement
de voitures électriques dont
le stockage de l'énergie ne repose
pas principalement sur les batteries.
Ces voitures embarquent de l'hydrogène,
qui combiné à l'oxygène de l'air
à l'intérieur d'une pile à combustible,
produit de l'électricité.
L’entreprise qui suit cette voie alternative,
c’est Toyota. La commercialisation
des véhicules à hydrogène se heurte à
de nombreux obstacles, mais s’il y a
un constructeur automobile capable
de faire rouler le monde à l’hydrogène,
c’est bien le leader mondial du
secteur. Toyota consacre d'importantes
ressources financières, matérielles et
humaines à la recherche sur les piles à
combustible, et sait que le chemin du
développement de ces véhicules sera
long et qu’ils n’en sont qu’au début. La
vision de l'entreprise va bien au-delà
des voitures ; elle prévoit l'émergence
d'une « société de l'hydrogène » à
l’échelle mondiale. Dans cette société,
les moteurs, les systèmes de chauffage
et les générateurs fonctionnant aux
combustibles fossiles seraient remplacés
par des piles à combustible qui
produisent de l'électricité à partir de
l'hydrogène. Les moyens mis en œuvre
par Toyota pour atteindre cet objectif
sont tels, qu’ils ont choisi la ville
japonaise de Susono comme banc d'essai
de leur technologie à hydrogène, et
qu’ils perfectionnent leur méthodologie
de conception générative pour
optimiser les performances des piles
à combustible.
LA SIMULATION AU SERVICE DE LA
CONCEPTION GÉNÉRATIVE
Le Toyota Research Institute of North
America (Trina) a mis au point une
méthodologie de conception générative
fondée sur la simulation et l'a
appliquée à la conception de plaques
d’écoulements à microcanaux, qui
orientent le mouvement des fluides
réactifs dans les microréacteurs que
sont les piles à combustible hydrogène-oxygène.
Bien qu'une grande
partie de la R&D de Toyota sur les
piles à combustible soit confidentielle,
l'équipe Trina a néanmoins
publié un article dans le Chemical
Engineering Journal sur son processus
de « conception inverse » basé
sur la simulation. L'application de
ce protocole aux plaques d'écoulement
a abouti à quatre designs différents
de microcanaux (figure 1).
44 I IESSAIS & SIMULATIONS • N°154 • N°154 • mai • octobre - juin -- juillet novembre 2022 - décembre 2023