Architecture Technique

L’installation des piles à combustible

L’installation de piles à combustible dans les bâtiments collectifs ou individuels reste encore rare. Mais ce marché est appelé à se développer rapidement. Cet appareil répond en effet à un besoin très actuel: celui de stocker de l’énergie verte, produite par un système solaire par exemple, pour l’utiliser ultérieurement. La pile fonctionne dans les deux sens. D’un côté, elle convertit l’électricité par électrolyse de l’eau et la stocke sous forme de dihydrogène (H2) et de dioxygène (02). De l’autre, le dihydrogène est ensuite brûlé à la demande dans la pile à combustible pour produire de l’électricité ou de la chaleur. Le dihydrogène étant un gaz explosif, l’installation doit répondre à plusieurs obligations. Pour le bâtiment, elles sont définies dans des normes (voir encadré ci-dessous).

Différentes typologies

Les piles à combustible autonomes, assemblées pour être stationnaires et qui génèrent de l’électricité par réactions électrochimiques, sont réparties en plusieurs catégories :

– systèmes connectés au réseau électrique ;

– systèmes de distribution d’énergie autonome ;

– systèmes fournissant de l’énergie à courant alternatif ou continu ;

– systèmes avec ou sans la capacité de récupérer la chaleur utile ;

– systèmes mixtes fonctionnant avec d’autres combustibles : gaz naturel (fossile ou issu de la biomasse), GPL, alcools et composés riches en hydrogène, ou mélanges de gaz hydrogène.

Un produit très encadré

Comme pour tout équipement fonctionnant au gaz, les fabricants sont responsables de la sécurité de leurs systèmes. Ils doivent s’assurer que tous les dangers prévisibles sont identifiés et estimés selon leur probabilité d’apparition et leur gravité conformément aux textes (ISO 14121, CEI 61882, CEI 60300‑3‑9 ou CEI 61511-3). La conception d’une pile à combustible, ses matériaux, sa construction, sa manipulation (transport, stockage), ses branchements et alimentations font l’objet de recommandations précises, décrites dans la norme EN 62282-3. Il en va de même pour les essais de fonctionnement et de sécurité. Le risque s’étend aussi au mauvais emploi prévisible et raisonnable par l’utilisateur, et nécessite une conception et une construction fondamentalement sûres.

Une utilisation bien définie

Les conditions d’utilisation doivent être clairement détaillées : en intérieur ou en extérieur, altitude de fonctionnement optimal, plage de température et d’humidité environnante, zone sismique acceptable, niveau de submersion en cas d’inondation. Pour les risques qui ne peuvent être éliminés, la sécurité est assurée par des dispositifs d’alarme et d’avertissement.
Le marquage du système et des composants est obligatoire. Il précise clairement toutes les restrictions d’utilisation, notamment la nécessité d’une aération suffisante. Une vingtaine d’informations doivent être placées pour être lues facilement lors de l’utilisation. La tuyauterie doit être marquée ou identifiée.

Quatre manuels

Le manuel d’installation décrit les informations nécessaires au travail de l’installateur. Un schéma ou un tableau d’interconnexion précise toutes les informations sur les branchements (alimentation électrique, en eau et combustible, signaux de commande, ventilation d’évacuation, raccords de ventilation, etc.).
Le manuel d’information complet, destiné au propriétaire du logement, doit faciliter la maintenance : coordonnées du fabricant/importateur, réparateur, etc.
Le manuel d’exploitation détaille les modes opératoires de réglage. Il insiste sur la sécurité et anticipe les risques de fonctionnement incorrect. Sa formulation et sa mise en page doivent être compréhensibles du grand public.
Le manuel de maintenance liste les modes opératoires pour le réglage, l’entretien, l’inspection et les réparations. Il inclut aussi des recommandations sur l’enregistrement des opérations de maintenance et d’entretien.

Réduire le risque dès l’implantation

Tous les équipements, composants et dispositifs de commande sont installés conformément aux instructions du fabricant. Le risque lié à un combustible stocké sous pression nécessite d’éliminer tout danger pour le personnel, les équipements et les biens externes. La sécurité générale est établie en respectant un ordre hiérarchique :
1. éviter le dégagement de gaz toxiques ;
2. éliminer les dangers vis-à-vis du personnel et les risques de détérioration des équipements ou des biens ;
3. fournir les marquages de sécurité appropriés aux risques.
Plusieurs dangers sont envisagés :

mécaniques : surfaces tranchantes, déclenchement inopiné, masses en mouvement et instabilité, résistance des matériaux, liquides ou gaz sous pression ;
électriques : contact avec des parties sous tension, court-circuit, haute tension ;
thermiques : surfaces chaudes, dégagement de liquides ou gaz à température élevée, fatigue thermique ;
feu et explosion : gaz ou liquides inflammables, mélanges explosifs ;
dysfonctionnement : défaillance du système, des logiciels, des circuits de contrôle ou de la protection ;
matériaux et substances : détérioration, corrosion, fragilisation, dégagements toxiques ;
déchets : élimination des matériaux toxiques, recyclage des liquides ou gaz inflammables ;
environnement : conditions de sécurité en période chaude ou froide, pluie, inondation, vent, séismes, feu extérieur, fumée.

Des exigences multiples

Tous les équipements, composants et dispositifs de commande sont implantés conformément aux instructions du fabricant et doivent satisfaire plusieurs exigences :

fixation solide, pour qu’ils ne puissent pas être déplacés, renversés ou disloqués ;
lieu protégé du vent, de la pluie, de la neige, de la glace, de l’eau, des basses températures, des secousses sismiques ;
protection d’accès vis-à-vis des personnes non autorisées, mais avec accès pompiers ;
extérieur protégé des atmosphères potentiellement dangereuses ;
implantation qui n’affecte pas la sortie des bâtiments ;
sorties de ventilation ou d’évacuation séparées des portes, fenêtres, entrées d’air et autres ouvertures pour empêcher l’introduction de gaz d’échappement dans le bâtiment ;
orifices d’évacuation extérieurs sans risque pour les piétons ;
accès facilité pour l’entretien, la maintenance et les situations d’urgence ;
emplacement éloigné des éléments combustibles, des stocks et de toute exposition aux risques d’incendie ;
situation protégée pour éviter les dommages engendrés par des véhicules ou des équipements mobiles ;
protection des systèmes multiples contre le risque d’incendie ou la défaillance d’un des systèmes ;
évacuation des liquides déversés et des vapeurs ;
imperméabilisation des sols, installation de tuyaux de drainage.

De même, toutes les connexions entre les interfaces de sites et le système à pile à combustible – y compris la tuyauterie, le câblage électrique, les dispositifs de déconnexion et les conduits – doivent être conformes aux normes nationales.

Une ventilation contrôlée

Tous les systèmes intérieurs doivent être munis d’une ventilation et d’une évacuation adaptées.
La ventilation peut utiliser l’air ambiant distribué dans la pièce et fourni par un système de ventilation forcée ou naturelle, selon les instructions du fabricant.
Le système d’évacuation est, lui, dédié au rejet vers l’extérieur. Seule exception : les piles à combustible de petite taille peuvent évacuer l’air dans le local où elles sont installées. Le système doit alors être indépendant du bâtiment ou sans accès direct au bâtiment, et disposer d’un système verrouillé ou naturel avec un débit suffisant pour assurer :

des concentrations ne dépassant pas 50 × 10-6 de CO exempt d’air ;
des valeurs supérieures à 25 % de la limite inférieure d’inflammabilité ;
et des concentrations en oxygène inférieures à 18 %.

Détection de gaz

Toutes les installations stockant du combustible liquide ou inflammable doivent être protégées conformément aux réglementations nationales.
Les installations intérieures doivent être dotées d’un système de détection de gaz combustibles, installé dans l’enveloppe du système à pile à combustible, le système d’évacuation ou la pièce renfermant les installations. Un essai de fuite de gaz conforme aux normes nationales applicables est exigé pour la tuyauterie installée uniquement sur le site.

La maintenance

La maintenance périodique normale de l’équipement et les essais des éléments sont effectués selon les instructions du fabricant et les réglementations nationales. Les insuffisances constatées lors des essais doivent être corrigées immédiatement par un personnel autorisé. La commission nationale de sécurité ou, à défaut, les commissions locales ou départementales, sont consultées pour les bâtiments tertiaires et/ou collectifs.

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ENCADRE

Le contexte

Plusieurs normes détaillent les différents aspects méthodologiques de choix et d’installation de systèmes à piles à combustible (gaz, hydrogène) stationnaires ou portables :

NF EN 62282-2 : 2012 définit les modules des systèmes à piles à combustible (stationnaires et portables) ; elle remplace l’EN 62282-2 : 2004 et A1 : 2007 ;
NF EN 62282-3-1 porte sur la sécurité des systèmes à piles à combustible stationnaires ;
NF EN 62282-3-200 réunit les méthodes d’essai des performances des systèmes à piles à combustible stationnaires ;
NF EN 62282-3-300 détaille les techniques d’installation des systèmes à piles à combustible stationnaires ;
NF EN 62282-5-1 concerne la sécurité des systèmes à piles à combustible portables ;
NF EN 62282-6-200 décrit les méthodes d’essai des performances des systèmes à piles à combustible portables ;
NF EN 62282-6-300 rassemble les techniques d’installation des systèmes à piles à combustible portables.

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