L’automobile en route vers la production de masse de piles à combustible

Le marché des véhicules à hydrogène s’attend à une croissance exponentielle : 200 000 voitures en 2025 et jusqu’à 2 millions en 2030. Ces prévisions appellent à une massification de la production de piles à combustible (PaC) embarquées qui convertiront l’hydrogène du réservoir en électricité pour le moteur. En France, les équipementiers Plastic Omnium et Faurecia se lancent dans l’industrialisation. En mars 2021, le premier a finalisé sa coentreprise avec l’allemand ­ElringKlinger pour préparer la production de masse de PaC de technologie PEM (membrane échangeuse de protons). Baptisée Ekpo Fuel Cell Technologies, cette entité détenue à 60 % par ElringKlinger et à 40 % par Plastic Omnium a l’ambition de capter 15 % du marché mondial des piles à combustible en 2030.

« Nous avons bâti à Dettingen, près de Stuttgart, en Allemagne, la plus grosse usine de piles à combustible d’Europe », explique ­Julien Etienne, l’un des trois dirigeants d’Ekpo. « Notre capacité de production est déjà de 10 000 piles à combus­tible par an. Nous sommes prêts à accompagner l’évolution de la demande. Cette ligne devrait être saturée en 2024. » Sur une superficie de 6 900 m2 s’étendant sur deux niveaux, 190 m2 de salle blanche ont été affectés à l’assemblage des cellules (le stacking) : 11 robots assurent la répétabilité et la précision de l’empilement des 350 composants du stack, un mille-feuille de plaques bipolaires et de membranes.

« Bien qu’il soit pleinement opérationnel, le site de ­Dettingen joue également le rôle d’unité pilote. Il nous permet d’évaluer la pertinence de notre modèle industriel, poursuit Julien Etienne. L’usine a vocation à être dupliquée dans d’autres pays pour atteindre notre objectif de plusieurs centaines de milliers de piles par an en 2030. » L’usine produit des PaC d’une puissance comprise entre 75 et 250 kilowatts électriques (kWel).

Une automatisation conséquente

De son côté, Symbio, la coentreprise de Faurecia et de Michelin dédiée à la production de PaC PEM, voit également les choses en grand et prépare sa conquête du marché. Elle ouvrira en 2023 une usine à Saint-Fons (Rhône) où elle assemblera dans un premier temps 20 000 systèmes par an. « Nous allons avoir une phase de montée en puissance dans les prochaines années sur ce site pour atteindre 50 000 piles par an, précise Sébastien Cartal, le responsable du procédé industriel. Notre objectif est de produire 200 000 piles par an en 2030, sur plusieurs sites. » Ces piles ont une puissance allant de 75 à 300 kWel.

Le site de Saint-Fons s’appuiera sur l’expérience développée par Symbio dans son usine pilote de Vénissieux (Rhône), près de Lyon, dotée de 8 000 m2, dont 1 000 m2 de salle blanche. « Nous sommes sur un procédé semi-automatique à Vénissieux, indique Sébastien Cartal, mais nous travaillons sur les étapes que nous pourrons automatiser le plus efficacement. Le niveau de robotisation de l’usine de Saint-Fons sera conséquent. »

Sous-traitance provisoire

Contrairement à Ekpo, qui produit lui-même les plaques bipolaires des PaC – un savoir-faire hérité de l’activité historique d’ElringKlinger, spécialiste de l’usinage de précision –, Symbio sous-traite la production de ces composants. Les deux sociétés externalisent également la fabrication des membranes. « Ce composant nécessite des compétences trop éloignées de notre cœur de métier », souligne Marc Perraudin, le directeur des nouvelles énergies chez Ekpo.

Pour Symbio, l’intégration se fera progressivement, avec la montée en cadence de la production. « Nous sommes encore en phase d’évaluation pour internaliser certaines valeurs ajoutées, déclare ­Sébastien Cartal. Il est possible que nous nous lancions dans la production de membranes ou de plaques bipolaires, si cela permet d’augmenter la durabilité de nos piles ou encore de réduire les coûts. » Ces derniers vont en effet devoir baisser radicalement pour que l’hydrogène trouve sa place dans la mobilité. « Notre objectif est très élevé, poursuit Sébastien Cartal. Nous visons un TCO [le coût global de l’utilisation de l’hydrogène sur un véhicule, ndlr] à parité avec le diesel à l’horizon 2025-2026. » De son côté, Ekpo espère « diviser par cinq les coûts de production dans les prochaines années », selon Marc ­Perraudin.

Les piles produites par les deux coentreprises visent d’abord le marché de la mobilité lourde (camions, bus), mais aussi celui des petits véhicules utilitaires, avant de s’attaquer aux véhicules particuliers. Une configuration idéale, selon ­Sébastien Cartal, qui permettra de peaufiner la méthode d’industrialisation pour ne pas rater le rendez-vous de la production de masse.