Pour construire des autobus non polluants qui peuvent rivaliser sur le plan du prix et de la performance avec la technologie diesel actuelle, il est essentiel de comprendre ce qui se passe à l'intérieur d'une pile à hydrogène au fil de son utilisation. Ballard Power Systems Inc. aura bientôt résolu ce problème grâce aux travaux de scientifiques de la Simon Fraser University (SFU) qui se dotent de puissants tomodensitomètres capables de voir les changements structurels qui se produisent dans une pile à combustible au cours de son utilisation quotidienne dans un autobus.

« Dans le cadre de ce projet, nous prendrons une pile à combustible en cours d'utilisation, nous la placerons dans cet instrument, nous l'analyserons par balayage, puis nous la replacerons dans l'autobus. Nous répéterons ces étapes tout au long de son cycle de vie afin de voir les changements qui s'opèrent dans la structure. Ensuite, nous nous servirons des connaissances acquises pour améliorer les piles à combustible sur le plan de la conception, de la fabrication, des processus et des conditions de fonctionnement ainsi que pour élaborer des stratégies visant à produire des piles à combustible plus durables, plus performantes et à moindre coût pour les autobus et pour nos autres segments de marché comme la manutention et les systèmes d'alimentation de secours », explique Shanna Knights.

Ballard Power Systems collabore avec Erik Kjeang, un chercheur de la SFU, dans le cadre de deux projets complémentaires afin d'améliorer la durabilité et la fiabilité des piles à combustible robustes pour les autobus. M. Kjeang, qui a commencé sa carrière comme ingénieur de recherche chez Ballard en 2008, est maintenant un des chefs de file mondiaux en matière de piles à combustible. Il indique que les compétences qu'il a acquises en milieu industriel sont « absolument essentielles pour assurer la productivité et la réussite des deux projets appuyés par le Partenariat automobile du Canada (PAC). »

Les véhicules à pile à hydrogène offrent une solution propre, silencieuse et à faibles émissions pour les systèmes de transport du monde entier. La technologie brevetée de Ballard alimente les parcs de chariots élévateurs à fourche d'entreprises comme Walmart Canada et BMW, ainsi que des autobus urbains à Whistler, en Colombie-Britannique. D'ailleurs, il est prévu que des autobus de ce genre rouleront dans des villes d'Europe, de Chine, de l'Inde et des États-Unis.

L'entreprise de Burnaby, en Colombie-Britannique, travaille sur plusieurs fronts pour réduire les coûts en capital et améliorer la durabilité des modules membrane-électrode (MEA) où les réactions chimiques ont lieu à l'intérieur d'une pile à combustible. La contribution du PAC à ce nouveau projet de quatre ans de 6,5 millions de dollars se chiffre à 2,85 millions de dollars. Le projet vise à établir un laboratoire de recherche unique au monde en visualisation des piles à combustible.

Le nouveau laboratoire, qui sera fonctionnel au printemps prochain, aidera Ballard à atteindre son objectif de 2015, qui consiste à prolonger la durée de vie de ces piles à combustible à au moins 20 000 heures, les rendant ainsi comparable au rendement d'un moteur diesel. Pour ce faire, les ingénieurs ont besoin d'acquérir des connaissances scientifiques approfondies au sujet des propriétés matérielles et des processus physico-chimiques qui dégradent les piles à combustible au cours de leurs milliers d'heures de fonctionnement. À l'heure actuelle, cette dégradation est très difficile et très coûteuse à observer. C'est justement comment le nanotomographe à rayons X que l'on installe à la SFU peut aider.

Dans le même ordre d'idée que les tomodensitogrammes qui peuvent « voir » à l'intérieur du corps humain, les chercheurs se serviront de tomodensitomètres à résolution encore plus haute afin de créer des images en coupe transversale en trois dimensions, à l'échelle nanométrique, afin de comprendre comment les composantes des piles à combustible et les matériaux se dégradent au fil des semaines, des mois et des années de fonctionnement. De plus, comparativement aux méthodes actuelles de visualisation, le nanotomographe à rayons X émet des rayons X à faible intensité qui ne détériorent pas l'échantillon, rendant ainsi possible l'observation des processus internes dans le domaine temporel.

Il s'agit d'un test plus efficace et plus exact qui permet d'économiser du temps et de l'argent. S'il s'avère concluant, ce test pourrait mener à de nouvelles normes d'essai élaborées au Canada pour l'ensemble de l'industrie des piles à combustible.

« Ballard a mené beaucoup de recherche sur les mécanismes fondamentaux qui se produisent à l'intérieur d'une pile à combustible. Pour la première fois, ce projet permettra à Ballard de « voir » à l'intérieur de la microstructure d'une pile à combustible. Il aidera à cette entreprise à demeurer un chef de file en matière de durabilité et de fiabilité des piles à combustible », précise M. Kjeang.

La nouvelle installation de visualisation ne sera utilisée que par Ballard et la SFU au cours des quatre années du projet, ce qui permettra d'accélérer considérablement les travaux de recherche. Généralement, les installations de recherche de grande envergure dans les universités doivent être accessibles à un certain nombre de chercheurs qui travaillent sur divers projets.

« Les piles à combustible pour le transport sont sur le point d'être commercialisées. Par conséquent, notre entreprise n'aurait pas pu entreprendre un projet de cette envergure sans l'appui du PAC. L'accès à un appareil très spécialisé et à des experts universitaires qui s'intéressent aux besoins de Ballard constitue une occasion exceptionnelle », ajoute Mme Knights.

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