Dans ses débuts, la pile à combustible a été utilisée massivement dans les programmes spatiaux et par les armées.
Aujourd'hui, les utilisations potentielles des piles à combustible sont très nombreuses et variées.

On distingue trois grandes familles de piles:
- Les piles à combustible embarquées (voitures, bus, etc.)
- Les piles à combustible stationnaires (centrales de cogénération, etc.)
- Les piles à combustible miniaturisées ou "portables" (téléphones portables, ordinateurs portables, etc.)
Selon leur utilisation, les piles sont différentes. On distingue principalement deux types de pile: certaines fonctionnent à basse température (moins grandes et moins puissantes: téléphones portables...), d'autres à température moyenne ou élevée (grandes et très puissantes: bus, navires...). C'est le type d'électrolyte utilisé qui détermine la température à laquelle la pile va fonctionner.

Les piles à combustible embarquées

Le transport est le domaine d'application à l'origine du développement de la pile à combustible à partir du début des années 90.
Compte tenu de la contrainte du coût, particulièrement forte dans ce secteur, et de la concurrence de la technologie traditionnelle (moteurs thermiques), mature et performante (mais très polluante...), il faut distinguer deux sous-familles assez différentes dans leurs cahiers des charges, suivant qu'il s'agit d'équiper un véhicule léger ou un véhicule lourd. Il est demandé au véhicule léger quelque 3000 h de fonctionnement pour une dizaine d'heures d'années de durée de vie, alors qu'un véhicule lourd (transports de passagers ou de marchandises) exige une durée de fonctionnement 100 fois plus longue ! Il est évident que la technologie et la durée d'amortissement ne seront pas du tout les mêmes...

- Les véhicules légers: dans ce domaine, de nombreux prototypes ont vu le jour depuis 1993. Le constructeur allemand Daimler-Chrysler (alias Mercedes, etc.) a montré 4 prototypes Necar, dont le plus récent (Necar 4 alimenté en hydrogène liquide), présenté en 1999, est construit sur la base de la voiture de série Class A. La Necar 5, modèle de pré-série équipé d'un reformeur alimenté en méthanol, a vu le jour en novembre 2000. Les Américains et les Jjaponais ne sont pas en reste avec des prototypes signés: General Motors (sur la basse d'une Opel Zafira), Ford (avec plusieurs prototypes Think FC5), Toyota (deux prototypes), Nissan (avec son R'nessa), Mitsubishi, Honda, Madza... Quant aux constructeurs français, Renault a présenté un prototype en 98 (type Laguna) et PSA en collaboration avec le CEA prévoient sur la base d'un Partner/Berlingo un prototype milieu 2000. Tous ces constructeurs prévoient des pré-séries à partir de 2004-2005. Pour des raisons de sûreté et de réglementation, le combustible utilisé dans une première phase sera un combustible hydrogéné (méthanol ou gaz naturel) alimentant un réformeur embarqué. Au cours de la période 2005-2010, les constructeurs vendront probablement à perte pour ouvrir le marché et emmagasiner de l'expérience. La technologie ne deviendrait finalement rentable qu'à partir de 2010.

- Les véhicules lourds: plusieurs prototypes de bus ont été construits à partir de 1993. Le canadien Ballard, a fait office de pionnier avec six bus (pile de 200kw), qui on aujourd'hui achevé leurs tests en serviceà Vancouver (USA) et Chicago (USA), et qui annonce une commercialisation fin 2002. L'allemand Daimer-Chrysler, sur la même technologie que Ballard, a montré en 1997 un prototype de bus (le Nebus), et annoncé le lancement d'une pré-série de 30 bus (Citaro) pour 2003 (pour une mise en service dans plusieurs villes d'Europe. Compte tenu de la durée de vie attendue, la situation économique de cette application est viable dès maintenant (comme pour le "stationnaire"), ce qui explique l'optimisme des deux derniers constructeurs cités. A côté de ses applications routières, des constructeurs planchent sur un tramway propre et sans caténaire, ainsi que pour des applications pour des navires (notamment pour l'armée car la propulsion deviendrait plus propre, plus efficace et plus discrète).

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Les piles à combustible stationnaires

Les piles à combustibles peuvent constituer d'excellentes sources d'énergies délocalisées. Et Compte tenu des nouvelles lois sur la déréglementation du secteur électrique et des tendances vers la décentralisation de la production d'énergie électrique, ce secteur commence à intéresser de nombreux industriels, en particulier aux Etats-Unis. Les deux principaux domaines d'application sont la production collective (puissance de 200kW à quelques MW) et la production individuelle (puissance de 2 à 7kW).
Le rendement électrique d'une pile à combustible varie selon la taille de l'installation. Cette caractéristique rend possible la construction de petites unités, très proches des utilisateurs. Celles-ci ont l'avantage de pouvoir fournir en plus de l'énergie électrique, de l'eau chaude, pouvant être utilisée par exemple pour le chauffage domestique. Le rendement total de la pile utilisée à des fins de cogénération peut s'élever à 80% !
Dans la production d'électricité collective, de nombreux projets et démonstrations existent. Un premier modèle de pile à combustible stationnaire a été démarré en France début 2000 par EDF pour alimenter un groupe HLM à Chelles (en Seine-et-Marne). La pile fournit électricité et chaleur (par cogénération) à l'équivalent de 200 foyers.
En ce qui concerne la production individuelle, plusieurs projets sont en cours de réalisations notamment au Etats-Unis. La commercialisation de la dizaine de prototypes actuellement en simulation réelle est prévue pour fin 2002(voir plus bas).
Les persepectives pour l'avenir semblent être très prometteuses, et pourront êtres appliquées en nombre dès que les coûts de revient baisseront (sans doute dans quelques dizaines de mois). En effet, un kilowatt-heure produit par une pile à combustible coûte actuellement 5 à 6 fois plus cher que son équivalent fourni par une technologie conventionnelle (turbine à gaz, centrale nucléaire...); mais à terme il s'agira d'une économie de 20% sur la facture de chauffage et d'électricité pour le particulier!

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Les piles à combustibles miniaturisées

Cette famille inclut essentiellement les téléphonse et les ordinateurs portables. Ces deux applications connaissent une très forte croissance, mais sont de plus en plus handicapées par l'autonomie de leur batterie. Même la plus performante laisse classiquement quelques jours d'autonomie à un téléphone et environ 3 heures à un ordinateur portable. Or les clients demandent aujourd'hui 3 à 5 fois mieux alors que la batterie électrochimique est proche de ses limites. La pile à combustible peut être une bonne alternative aux batteries au lithium actuelles.
L'ensemble des équipementiers est conscient de cet état de fait. De nombreuses recherches s'orientent à la fois vers l'optimisation des composants et des architectures de circuit afin de diminuer la consommation et vers la mise au point de sources d'énergie miniatures nettement plus performantes que les accumulateurs actuels dont la marge de progression est désormais relativement faible. Dans ce contexte, la pile à combustible apparaît comme une solution attractive car elle permet de séparer les paramètres puissance électrique et autonomie d'utilisation.
Cette pile à combustible qui fait l'objet de recherches importantes, va charger une petite batterie qui assurera mieux le fonctionnement de l'appareil. L'autonomie ne sera alors limitée que par la taille du réservoir d'hydrogène ou de méthanol. L'utilisateur rechargera son portable comme il recharge un briquet ou un stylo a encre. Donc très rapidement!
Ce type de pile offre donc des degrés de liberté d'exploitation supplémentaires qui pourraient conduire, tout en satisfaisant les besoins en puissance instantanée des appareils portables, avec de 3 à 5 fois plus d'autonomie qu'une batterie actuelle… et ce, pour le même encombrement !

De grandes ouvertures....

La pile à combustible nous réserve donc de grandes ouvertures pour les années à venir. La technologie progresse énormement surtout afin de limiter les coûts de production, qui par exemple obligent actuellement aux administrations de financer les recherches et les sites "pilotes".
Les applications potentielles des piles sont très nombreuses et pourraient révolutionner dans les années qui viennent notre quotidien...

Et notamment dans le domaine automobile....

Beaucoup de constructeur comme DaimlerChrysler, Toyota, Nissan,Renault et bien d'autres prévoient des préséries à partir de 2004-2005. Malgré l'existence de plusieurs prototypes présentés avec de l'hydrogène stocké à bord (sous forme liquide, gazeuse ou absorbé dans un hydrure), le combustible utilisé dans une première phase sera très probablement pour des raisons de sûreté, de réglementation et de logistique de distribution un combustible hydrogéné (méthanol ou gaz naturel) alimentant un réformeur embarqué.

Au cours de la période 2005-2010, les constructeurs vendront probablement à perte pour ouvrir le marché et emmagasiner de l'expérience, comme aujourd'hui Toyota avec le véhicule Hybride thermique Prius. La technologie ne deviendrait financièrement rentable qu'a partir de 2010. Dans cette période 2005-2010, DaimlerChrysler prévoit de construire entre 50 000 et 100 000 véhicules à pile à combustible. A l'horizon 2030, ce sera le marché mondial qui sera visé, avec une production annuelle supérieure à 50 millions de véhicules, soit 10 % du marché global.

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