Brevet FR2899022A1 — publié le 20070928

Dispositif et procédé de mise en température lors du démarrage d'un système de pile à combustible embarqué sur un véhicule automobile La présente invention concerne un dispositif et un procédé de mise en température lors du démarrage d'un système de pile à combustible embarqué sur un véhicule automobile. Les piles à combustible sont utilisées pour fournir de l'énergie soit pour des applications stationnaires, soit dans le domaine aéronautique ou automobile. Le développement de ces piles en vue de leur intégration dans des véhicules automobiles met en lumière de nouvelles contraintes. En particulier, les piles à combustible nécessitent de l'hydrogène ou un gaz riche en hydrogène, et de l'oxygène. L'oxygène provient généralement de l'air ambiant. En ce qui concerne l'hydrogène, il peut être produit dans le véhicule lui-même à l'aide d'un dispositif de reformage appelé reformeur. Les reformeurs permettent de produire un gaz riche en hydrogène appelé reformat, à partir d'un carburant hydrocarboné conventionnel. On distingue différents types de reformeurs selon la réaction chimique qu'ils mettent en oeuvre pour produire l'hydrogène. Il y a ainsi les reformeurs à oxydation partielle qui produisent un reformat riche en hydrogène et en monoxyde de carbone à partir d'un mélange de carburant hydrocarboné et d'oxygène. La réaction d'oxydation partielle intervient très rapidement et dégage de la chaleur (réaction exothermique). Les vapo-reformeurs produisent également un reformat riche en hydrogène et en monoxyde de carbone, mais à partir d'un mélange de carburant hydrocarboné et d'eau. Contrairement à la réaction d'oxydation partielle, la réaction de vaporeformage est plus lente et consomme de l'énergie thermique (réaction endothermique). Toutefois, elle présente un rendement chimique en hydrogène plus élevé puisque l'hydrogène produit provient à la fois du carburant et des molécules d'eau. Enfin, les reformeurs autothermes combinent les réactions d'oxydation partielle et de vapo-reformage pour obtenir une réaction globale athermique. Les vapo-reformeurs permettent donc d'obtenir le rendement en hydrogène le plus élevé, mais ils ont besoin d'un apport important d'énergie thermique puisque la température optimale de la réaction de vapo-reformage est de l'ordre ou supérieure à 800 C. De plus, pour des véhicules équipés de système de pile à combustible, il est nécessaire de pouvoir démarrer rapidement, même lorsque la température des différents éléments du système de pile à combustible est relativement basse. Les basses températures ne sont pas adaptées au fonctionnement des piles à combustible, que ce soit pour des questions de rendement ou de pollution par exemple. Il est donc nécessaire, lors des démarrages, d'amener le système de pile à combustible à une température suffisamment élevée pour lui permettre de fonctionner correctement. Cette étape de mise à température doit être la plus rapide possible, compte tenu du cahier des charges des véhicules équipés d'une pile à combustible. On a déjà imaginé diverses solutions pour résoudre les difficultés rencontrées pendant la phase de démarrage à froid d'une pile à combustible. Le brevet CA 2 436 868 propose d'utiliser une résistance électrique pour mettre à température le catalyseur. Cependant, cette solution consomme beaucoup d'énergie et est peu rentable pour un véhicule automobile. La demande de brevet WO 03/031325 concerne un reformeur comprenant une membrane. La membrane permet de récupérer l'hydrogène en excès dans le réacteur et de le faire réagir avec de l'air pour produire de l'énergie thermique fournie au réacteur. Cependant, durant les périodes transitoires, un temps plus long est nécessaire pour produire en excès l'hydrogène, notamment lors de la phase de démarrage du système. La demande de brevet WO 03/086962 propose un système de pile à combustible avec un reformeur autotherme suivi de deux modules de purification, fournissant l'hydrogène nécessaire au fonctionnement de la pile à combustible. La demande prévoit un brûleur pour les phases de démarrage. Le brûleur permet la montée en température du reformeur et des modules de purification en y faisant passer des gaz chauds qui sont évacués avant d'atteindre la pile à combustible. Cependant, un tel système de pile à combustible présente un rendement en hydrogène plus faible qu'un système équipé d'un vapo-reformeur. De plus, les gaz issus du brûleur sont envoyés à l'échappement après avoir traversé le système de production d'hydrogène. Il suffit alors que leur combustion n'ait pas été complète pour que le système de pile à combustible rejette dans l'atmosphère des gaz polluants et dangereux pour la santé. La demande WO 2004/090075 propose un module comprenant une pile à combustible alimentée par un reformeur autotherme. Le module comprend un brûleur associé à un échangeur thermique afin de fournir au reformeur des réactifs à température élevée. En particulier, le brûleur est alimenté par les gaz rejetés par la pile à combustible qui sont brûlés avant d'être envoyés à l'échappement. Pour la phase de démarrage, la demande prévoit une résistance électrique montée à l'entrée du brûleur pour augmenter la température des réactifs entrant dans le brûleur. Cependant, les gaz issus du brûleur ne sont pas forcément complètement brûlés et sont donc susceptibles d'être dangereux et polluants s'ils sont rejetés dans l'atmosphère. De plus, le reformeur n'est pas un vapo-reformeur, donc le rendement en hydrogène est plus faible. Enfin, la résistance utilisée lors du démarrage ne sert qu'à chauffer les réactifs entrant dans le brûleur. Le brûleur n'est pas chauffé pendant la phase de démarrage, ni le reformeur. Le brûleur risque donc, pendant la phase de démarrage, de rejeter des gaz qui ne sont pas complètement brûlés en raison de sa température encore faible. De plus, il faudra un certain temps pour que l'ensemble du système de pile à combustible atteigne sa température de fonctionnement. La résistance électrique, bien que grande consommatrice d'énergie électrique, ne permet pas de faire monter la température de l'ensemble du système de pile à combustible. Le module reste donc peu performant et polluant durant la phase de démarrage. Le brevet US 4 981 676 concerne un reformeur avec purification par membrane dont l'énergie thermique est également apportée par des brûleurs alimentés en carburant. Le reformeur ne permet donc pas de produire de l'hydrogène de manière économique et peu polluante. La demande US 2002/0146604 propose un système de pile à combustible comprenant un reformeur autotherme pour alimenter la pile à combustible en hydrogène, et un brûleur catalytique qui permet de brûler les gaz issus de la pile à combustible. Les gaz chauds produits par le brûleur permettent de vaporiser l'eau et le carburant fournis au reformeur, puis sont évacués à l'échappement. Le module prévoit également un brûleur de démarrage. Le brûleur de démarrage produit des gaz chauds qui sont mélangés aux réactifs du reformeur et qui permettent de faire monter la température du reformeur. Les gaz sont ensuite évacués vers le brûleur catalytique. Cependant, une fois le module en fonctionnement stationnaire, les gaz issus du brûleur catalytique sont évacués dans le système d'échappement sans être forcément complètement brûlés. De plus, le système ne propose pas d'architecture pour un vapo-reformeur dont le rendement en hydrogène serait plus élevé. La demande US 2003/0093949 concerne une architecture de pile à combustible dans laquelle l'énergie thermique nécessaire au système est fournie par un brûleur à flamme. Les gaz brûlés sont acheminés dans les différentes parties du module mais l'utilisation d'un brûleur comme unique source d'énergie thermique entraîne des pertes lors de l'acheminement des gaz brûlés. De plus, le module ne garantit pas la combustion complète des gaz lors de leur échappement, ce qui augmente le caractère polluant du module. La demande US 2001/0047620 concerne un reformeur à deux étages pouvant être chacun alimenté, en plus du carburant, par de la vapeur d'eau et/ou de l'oxygène. Le reformeur met ainsi en jeu une réaction d'oxydation partielle et/ou de vapo-reformage pour fonctionner à une température optimale. Cependant, ce système ne permet d'optimiser que la température du reformeur. Ainsi, il est toujours nécessaire de chauffer les réactifs. De plus, la demande ne précise pas comment sont rejetés les hydrocarbures imbrûlés dans le reformeur. Le système proposé ne permet donc pas de palier à l'ensemble des besoins énergétiques du système et ne garantit pas la combustion complète des gaz lors de leur échappement. Le brevet US 5,938,800 concerne un reformeur membranaire en contact thermique avec un échangeur dans lequel circulent les gaz de rejet du reformeur ainsi que des gaz brûlés provenant d'un brûleur à flamme. Le brevet propose de chauffer les réactifs du reformeur avec les gaz brûlés issus du brûleur à flamme. Cependant, le reformeur mettant en jeu une réaction d'oxydation partielle, le brûleur à flamme doit fournir en permanence de l'énergie thermique et consomme en permanence du carburant. De plus, le module ne garantit pas la combustion complète des gaz lors de leur échappement ce qui augmente le caractère polluant du module. L'invention vise à remédier aux inconvénients évoqués ci-dessus. L'invention a pour objet un module de puissance qui comprend un système de pile à combustible et qui permette d'optimiser le fonctionnement du système de pile à combustible. L'invention a également pour objet de diminuer la pollution dans les gaz d'échappement. L'invention a également pour objet de proposer un dispositif de démarrage qui permette d'atteindre rapidement la température de fonctionnement du module, tout en limitant les émissions polluantes. L'invention propose ainsi un module de puissance selon un aspect de l'invention comprenant : -une pile à combustible alimentée en gaz riche en oxygène et en gaz riche en hydrogène, et capable de générer de l'énergie électrique, - un réacteur de reformage monté en amont de la pile à combustible et alimenté en carburant hydrocarboné et en vapeur d'eau ou en gaz riche en oxygène, et capable de produire un reformat, - une membrane de séparation d'hydrogène montée en aval et/ou couplée au réacteur de reformage, et capable de produire un gaz plus riche en hydrogène que le reformat et des gaz de rejet, - un premier brûleur catalytique en contact thermique avec le réacteur de reformage et pouvant être alimenté par des gaz de rejet issus de la membrane de séparation d'hydrogène ou par le reformat provenant du réacteur de reformage, - un brûleur à flamme alimenté en carburant et en gaz riche en oxygène, et capable de produire des gaz brûlés, - et en ce que le réacteur de reformage est monté de manière à pouvoir être chauffé par les gaz brûlés issus du brûleur à flamme, et le premier brûleur catalytique est monté de manière à pouvoir être chauffé par la combustion du reformat et/ou des gaz de rejet. L'architecture de ce module permet d'amener le réacteur de reformage à sa température en limitant la consommation de carburant grâce à la mise en oeuvre d'une réaction d'oxydation partielle. Celle-ci est utilisée pendant les phases de démarrage afin d'accélérer la montée en température du module, tandis qu'en fonctionnement stationnaire, le réacteur de reformage met plutôt en oeuvre une réaction de vapo- reformage dont le rendement en hydrogène est plus élevé. On adapte donc le fonctionnement du réacteur de reformage en fonction des besoins du module. Ce mode de réalisation permet également une montée en température plus rapide de l'ensemble du module durant les phases de démarrage, grâce à l'utilisation du reformat produit par la réaction d'oxydation partielle. En effet, le reformat est réutilisé directement dans le premier brûleur catalytique afin d'y être brûlé et afin de produire également de l'énergie thermique. La montée en température du module et plus particulièrement du réacteur de reformage est donc accélérée, ce qui permet de mettre en oeuvre plus rapidement une réaction de vapo-reformage. De plus, la combustion du reformat dans le premier brûleur permet également de diminuer la toxicité du reformat. En fonctionnement stationnaire, le reformat est traité par une membrane à séparation d'hydrogène qui fournit d'une part un gaz riche en hydrogène pour la pile à combustible et d'autre part des gaz de rejet. Les gaz de rejet sont également valorisés en les faisant passer dans le premier brûleur catalytique. De cette façon, d'une part on réalise la combustion de ces gaz avant leur rejet dans l'atmosphère ce qui diminue leur toxicité, et d'autre part on fournit de l'énergie thermique au réacteur de reformage dont la réaction de vapo-reformage est endothermique. Le dispositif propose ainsi une solution peu encombrante et peu consommatrice d'énergie qui permet de chauffer rapidement et efficacement le module de puissance. La mise en oeuvre d'une réaction d'oxydation partielle durant la phase de démarrage permet d'une part de chauffer le réacteur grâce au caractère exothermique de la réaction, et d'autre part de fournir des gaz dont la combustion produit également de l'énergie thermique. L'utilisation de la réaction d'oxydation partielle plutôt que des gaz brûlés issus du brûleur à flamme permet également de réaliser une économie d'énergie électrique puisque le compresseur n'alimente plus le brûleur à flamme en gaz riche en oxygène. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le premier brûleur catalytique peut être alimenté par les gaz issus de la pile à combustible et/ou un gaz riche en oxygène et/ou du carburant. En fonctionnement stationnaire, le réacteur de reformage est alimenté en vapeur d'eau et en carburant afin de fonctionner comme un vapo-reformeur. La réaction permet d'obtenir un meilleur rendement d'hydrogène mais est endothermique. On alimente alors le premier brûleur non seulement avec les gaz de rejet de la membrane mais aussi éventuellement avec les gaz anodiques issus de la pile à combustible et/ou avec du carburant et/ou avec du gaz riche en oxygène. Le module de puissance fournit donc au vapo-refomeur l'énergie nécessaire à son fonctionnement optimal. Ainsi, lorsque les gaz de rejet et les gaz anodiques ne permettent pas de produire l'énergie thermique nécessaire au bon fonctionnement du vapo-reformeur, le système palie cette déficience par injection de carburant. Le but recherché ici est d'optimiser le fonctionnement du vapo-reformeur afin d'obtenir le meilleur rendement de production d'hydrogène. On pourra par exemple obtenir un pourcentage molaire en hydrogène d'environ 40% dans le reformat humide, c'est-à-dire un pourcentage molaire d'environ 60% dans le reformat sec. La concentration en hydrogène élevée obtenue par réaction de vapo-reformage permet d'utiliser efficacement une membrane de séparation d'hydrogène comme moyen de purification. En effet, les membranes de perméation fonctionnent d'autant mieux que la concentration en hydrogène en amont de la membrane est élevée. D'autre part, le vapo-reformeur permet d'utiliser des liquides (eau, carburant) dont la montée en pression nécessite moins d'énergie que celle des gaz. Cela est particulièrement avantageux lorsqu'on utilise une membrane de séparation d'hydrogène puisque une telle membrane nécessite une différence de pression, de part et d'autre, de l'ordre de 15 bars. Enfin, l'utilisation d'une membrane sélectivement perméable à l'hydrogène permet d'alimenter la pile à combustible avec de l'hydrogène presque pur, ce qui entraîne une meilleure production d'énergie électrique par la pile à combustible. De plus, le module permet toujours de valoriser les gaz rejetés par la membrane ou par la pile à combustible puisqu'ils sont fournis au premier brûleur catalytique. On obtient donc d'une part une meilleure combustion des gaz avant leur rejet dans l'atmosphère, et d'autre part on produit de l'énergie thermique qui est fournie au réacteur de reformage. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le module de puissance comprend également un générateur de vapeur et un deuxième brûleur catalytique. Le générateur de vapeur est monté en amont du réacteur de reformage, est alimenté en eau et est capable de produire de la vapeur d'eau. Le deuxième brûleur catalytique est en contact thermique avec le générateur de vapeur. Il peut être alimenté par des gaz issus du premier brûleur et/ou par le reformat issus du réacteur de reformage et éventuellement par du carburant, et est monté de manière à pouvoir être chauffé par la combustion du reformat et/ou des gaz de rejet. Dans ce mode de réalisation, le module de puissance prévoit également la montée en température des réactifs du réacteur de reformage durant les phases de démarrage. Ainsi, l'eau fournie est chauffée en vapeur d'eau par un deuxième réacteur catalytique qui est placé en aval du premier et dans lequel peuvent être brûlés les gaz issus du premier brûleur catalytique. Comme la température de fonctionnement nominal du deuxième brûleur est inférieure à celle du premier brûleur, les gaz issus du premier brûleur peuvent permettre de fournir une énergie thermique suffisante au deuxième brûleur. Cependant, pour accélérer la montée en température, il est également possible d'alimenter le deuxième brûleur avec du reformat produit par le réacteur de reformage. Dans ce cas, le reformat produit est soit partagé entre le premier et le deuxième brûleur catalytique, soit acheminé vers l'un ou vers l'autre. Une autre solution pour faire monter en température le deuxième brûleur est l'injection de carburant dans ce dernier. Toutefois, le besoin énergétique du deuxième brûleur pendant les phases de démarrage est plus faible que celui du premier brûleur dans la mesure où le réacteur de reformage qui met en oeuvre une réaction d'oxydation partielle, ne consomme pas encore la vapeur d'eau. En fonctionnement stationnaire, la composition et la température des gaz issus du premier brûleur peuvent être suffisantes pour vaporiser l'eau contenue dans le générateur de vapeur. Dans ce cas, l'injection de carburant dans le deuxième brûleur n'est nécessaire que pour les phases transitoires, comme par exemple les phases d'accélération, ou éventuellement au début des phases de démarrage. L'utilisation de deux brûleurs au lieu d'un permet ainsi une gestion plus souple de l'énergie et de la combustion des gaz avant leur échappement. Enfin, les gaz rejetés par le deuxième brûleur présentent une combustion plus complète que ceux issus du premier brûleur, ce qui diminue les émissions polluantes du module de puissance. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le module de puissance peut également comprendre une vanne montée entre la sortie du brûleur à flamme et l'entrée du premier brûleur catalytique. La vanne est commandée par un capteur de température du catalyseur monté dans le premier brûleur catalytique. Ce mode de réalisation permet de contrôler l'utilisation des gaz issus du brûleur à flamme durant la phase de démarrage. Ainsi, lorsque le réacteur de reformage présente une température suffisante à la mise en oeuvre d'une réaction d'oxydation partielle, l'acheminement des gaz issus du brûleur à flamme peut être interrompu de manière à économiser le carburant. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le module de puissance peut également comprendre une vanne commandée à trois voies montée entre la sortie du réacteur de reformage et l'entrée des premier et deuxième brûleurs. La vanne est commandée par un capteur de température du catalyseur monté dans le premier brûleur catalytique. Ce mode de réalisation permet de contrôler l'acheminement des gaz issus du réacteur de reformage dans le module de puissance. Ainsi, il est possible de diriger les gaz vers le premier brûleur dans un premier temps puis, lorsque la température souhaitée du premier brûleur est atteinte, les gaz sont redirigés vers le deuxième brûleur. Cela permet plus de souplesse dans la stratégie de chauffage du module pendant les phases de démarrage. De plus, si l'énergie thermique libérée par la réaction d'oxydation partielle est suffisante pour chauffer le premier brûleur (en contact thermique avec le réacteur de reformage), il est alors possible d'acheminer directement le reformat vers le deuxième brûleur afin d'accélérer sa montée en température. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le module comprend une vanne commandée à trois voies montée entre la sortie du réacteur de reformage, l'entrée des premier et deuxième brûleurs et l'entrée de la membrane de séparation d'hydrogène. La vanne est commandée par un capteur de température du catalyseur monté dans le premier brûleur catalytique. Ce mode de réalisation s'applique lorsque la membrane de séparation à hydrogène est montée en aval du réacteur de reformage. Dans ce cas, le reformat issu du réacteur peut être soit acheminé vers les brûleurs catalytiques durant la phase de démarrage, soit acheminé vers la membrane en fonctionnement stationnaire. La vanne permet donc de contrôler les différentes étapes de la stratégie de démarrage du module. En particulier, la vanne contrôle le moment à partir duquel on alimente la membrane en reformat, et donc le moment à partir duquel on alimente la pile à combustible en hydrogène. Selon un autre mode de réalisation, le module de puissance comprend un échangeur thermique de surchauffe alimenté respectivement par la vapeur issue du générateur de vapeur et par les gaz brûlés issus du premier brûleur. L'échangeur fournit respectivement de la vapeur d'eau surchauffée au réacteur de reformage et des gaz brûlés au deuxième brûleur. L'échangeur est monté de façon à pouvoir être chauffé par les gaz brûlés issus du premier brûleur. L'utilisation du surchauffeur, en fonctionnement stationnaire, permet de transférer graduellement et plus efficacement l'énergie des gaz rejetés par le premier brûleur aux réactifs du réacteur de reformage. En effet, à la sortie du premier brûleur, les gaz traversent l'échangeur thermique de surchauffe dans lequel ils vont surchauffer le mélange de vapeur d'eau et de carburant jusqu'à une température proche de celle de fonctionnement du réacteur de reformage. Puis, le deuxième brûleur permet d'assurer la combustion complète des gaz et fournit cette énergie thermique au générateur de vapeur. Les gaz sont utilisés ensuite par un turbocompresseur puis envoyés à l'échappement. La récupération de l'énergie thermique des gaz rejetés par le premier brûleur est donc plus efficace et permet d'éviter de surchauffer la vapeur d'eau par un système supplémentaire. De plus, l'alimentation en carburant de l'échangeur permet de fournir au réacteur de reformage un mélange homogène de vapeur d'eau et de carburant. Cela est normalement rendu difficile en raison du caractère non miscible de l'eau et du carburant hydrocarboné. Or, l'injection de carburant liquide directement dans de la vapeur d'eau surchauffée permet d'une part la vaporisation du carburant et d'autre part son mélange à la vapeur d'eau. Enfin, lors des phases de démarrage, les gaz chauds issus du premier brûleur permettent également la montée en température de l'échangeur, ce qui contribue au rendement du module 1 et à la diminution de gaz polluants. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le premier brûleur, éventuellement l'échangeur thermique de surchauffe, et le deuxième brûleur sont montés en série sur le circuit d'évacuation des gaz brûlés. Cette disposition permet d'exploiter au mieux l'énergie thermique des gaz issus du brûleur à flamme durant les phases de démarrage. En effet, les gaz traversent d'abord le premier brûleur, puis l'échangeur thermique et enfin le deuxième brûleur, c'est-à-dire que l'énergie thermique est transmise en priorité aux éléments du module qui ont la température de fonctionnement la plus élevée. En fonctionnement stationnaire, la température des réactifs (dans le cas présent : l'eau) est augmentée par le générateur de vapeur, puis par l'échangeur thermique de surchauffe pour atteindre la température optimale de fonctionnement du réacteur de reformage. C'est donc dans l'ordre inverse que le module est chauffé, de manière à ce que l'énergie thermique soit transmise principalement aux éléments qui ont la température de fonctionnement la plus élevée. De plus, lorsque l'inertie thermique du premier réacteur est plus élevée que celle de l'échangeur et du deuxième brûleur, ces derniers peuvent être montés en température uniquement à partir des gaz chauds qui sortent du premier brûleur. Enfin, une fois le premier brûleur à température, la réaction d'oxydation partielle peut être mise en oeuvre dans le réacteur de reformage et le reformat produit peut être fourni au premier brûleur. La disposition, en aval, de l'échangeur thermique de surchauffe et du deuxième brûleur permet également de faire monter en température ces éléments grâce aux gaz chauds issus du premier brûleur. L'invention a également pour objet un procédé de mise en oeuvre d'un module de puissance comprenant une pile à combustible alimentée en gaz riche en hydrogène par un réacteur de reformage associé à une membrane de séparation d'hydrogène. Selon le procédé : - dans une phase de démarrage, on fait monter la température du réacteur de reformage jusqu'à une première température au moyen d'une source de chaleur extérieure, puis - on fait monter la température du réacteur de reformage jusqu'à une deuxième température en réalisant une réaction d'oxydation partielle dans le réacteur de reformage. Le procédé permet de définir la stratégie de démarrage du module. Il précise en effet les étapes de montée en température du réacteur de reformage jusqu'à sa température de fonctionnement nominale à laquelle il pourra mettre en oeuvre une réaction de vaporeformage. Selon une mise en oeuvre préférée de l'invention, le module comprend également un premier et deuxième brûleur catalytique qui, lors de la phase de démarrage, sont chauffées d'abord par une source de chaleur extérieure, puis par combustion du reformat produit par la réaction d'oxydation partielle. Selon une mise en oeuvre préférée de l'invention, après la phase de démarrage : on alimente le réacteur de reformage avec un mélange de vapeur d'eau et de carburant sous pression de manière à obtenir à la sortie de la membrane, d'une part de l'hydrogène provenant du reformat produit par vapo-reformage et ayant traversé la membrane, et d'autre part des gaz n'ayant pas traversé la membrane ; - on alimente la pile à combustible avec l'hydrogène ayant traversé la membrane, et - on alimente les premier et deuxième brûleurs avec les gaz n'ayant pas traversé la membrane. En d'autres termes, en fonctionnement stationnaire, le réacteur de reformage est alimenté en carburant et en vapeur d'eau de manière à mettre en oeuvre une réaction de vapo-reformage dont le rendement en hydrogène est supérieur à celui de la réaction d'oxydation partielle. De plus, le reformat ainsi produit est enrichi en hydrogène par la membrane de séparation et est utilisé pour alimenter la pile à combustible, tandis que les gaz de rejet produits par la membrane sont valorisés dans les brûleurs catalytiques. Ainsi, le rendement du module est optimisé pour le fonctionnement de la pile à combustible et les gaz non-utilisés sont valorisés de manière à fournir l'énergie thermique nécessaire à la mise enoeuvre de la réaction de vapo-reformage. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée suivante de deux modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un module de puissance équipé d'un dispositif de mise en température selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 représente schématiquement un module de puissance équipé d'un dispositif de mise en température selon un deuxième mode de réalisation. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un module de puissance 1 selon l'invention. Le module 1 comprend une pile à combustible 12 alimentée en gaz riche en oxygène par un groupe compresseur 18 et en gaz riche en hydrogène par un module comprenant un réacteur de reformage 6, un échangeur de surchauffe 3 et un générateur de vapeur 2. Le module 1 selon ce premier mode de réalisation présente une technologie couplée, c'est-à-dire que le réacteur de reformage 6 comprend une ou plusieurs membranes intégrées 6' perméables principalement à l'hydrogène. Le générateur de vapeur 2 et le réacteur de reformage 6 sont en contact thermique avec deux réacteurs catalytiques 27, 24 dans lesquels sont brûlés les gaz de rejet de la membrane 6' de séparation d'hydrogène, et éventuellement du reformat, des gaz anodiques ou du carburant. Un brûleur à flamme 40 est monté de manière à alimenter en gaz chauds le réacteur catalytique 24. Le module 1 comprend le générateur de vapeur 2 alimenté en eau liquide et fournissant de la vapeur d'eau. Le générateur de vapeur 2 peut être par exemple un échangeur à plaques, un échangeur tubulaire ou un échangeur micro-structuré (c'est-à-dire comprenant des canaux dont le diamètre hydraulique varie de 200 microns à 3 millimètres). L'utilisation d'échangeurs micro-structurés permet d'augmenter fortement les échanges thermiques entre le fluide qui parcourt les canaux et les canaux. La vapeur d'eau formée par le générateur 2 présente par exemple une température de l'ordre de 400 C et alimente l'échangeur thermique de surchauffe 3. L'échangeur thermique de surchauffe 3, par exemple à contre-courant, est relié au générateur de vapeur 2 par une conduite 4 et est alimenté également en carburant par une conduite 5. L'échangeur 3 peut être réalisé par exemple sous la forme d'un échangeur micro-structuré, d'un échangeur à plaques ou d'un échangeur tubulaire. La vapeur d'eau provenant de la conduite 4 est mélangée, dans l'échangeur 3, avec le carburant provenant de la conduite 5, ce carburant étant vaporisé au contact de la vapeur d'eau. Le mélange de vapeur d'eau et de carburant est surchauffé par exemple jusqu'à une température de l'ordre de 600 à 800 C, puis est injecté vers le réacteur de reformage 6 par une conduite 7. Le réacteur de reformage 6 peut être un réacteur chimique à lit fixe, monolithique ou micro-structuré. Il peut comprendre un vaporeformeur catalytique ou un réacteur de vapo-reformage assisté par plasma. Il est cependant également capable de mettre en oeuvre une réaction d'oxydation partielle lorsqu'il est alimenté par un mélange carburant/air au lieu du mélange carburant/vapeur d'eau. En fonctionnement stationnaire, le réacteur de reformage 6 produit un reformat riche en hydrogène à partir du mélange de vapeur d'eau surchauffée et de carburant, acheminé par la conduite 7. Le reformat se trouve alors en contact avec une membrane 6' associée au réacteur 6. L'hydrogène contenu dans le reformat est alors séparé des autres gaz du reformat par la membrane 6'. On obtient donc d'une part un gaz très riche en hydrogène qui traverse la membrane 6', et d'autre part des gaz de rejets appauvris en hydrogène qui ne traversent pas la membrane 6'. Les gaz de rejet, ou rétentat, sortent alors du réacteur de reformage 6 et sont acheminés par une conduite 8 vers le premier brûleur 24, tandis que le gaz riche en hydrogène, ou perméat, est acheminé de la sortie de la membrane 6' à la pile à combustible 12 grâce à une conduite 10. La membrane 6' permet également de purifier le reformat des gaz toxiques qu'il contient. Ainsi, le monoxyde de carbone qui est susceptible de détériorer la pile à combustible de type PEM 12, ne traverse pas la membrane 6' de séparation à hydrogène. Il n'est donc pas nécessaire de placer de purificateur supplémentaire entre la membranaire 6' et la pile à combustible 12. La pile à combustible 12 est de préférence une pile de type PEM (Proton Exchange Membrane) comprenant un compartiment anodique 13 siège de la réaction d'oxydation de l'hydrogène, et un compartiment cathodique 14 siège de la réaction de réduction de l'oxygène. La pile à combustible 12 est donc le siège d'une réaction d'oxydo-réduction au cours de laquelle de l'énergie électrique et de l'eau sont produites. Le compartiment anodique 13 est alimenté en reformat riche en hydrogène par la conduite 10 reliée à la sortie de la membrane 6'. Le compartiment cathodique 14 est alimenté en gaz riche en oxygène par une conduite 19 qui relie le compartiment cathodique 14 à la sortie du groupe de compression 18. Les gaz anodiques issus du compartiment anodique 13 sont renvoyés en entrée du compartiment anodique 13 par une conduite 17. En cas de purge du compartiment anodique 13, les gaz anodiques sont acheminés au premier brûleur 24 par une conduite 23 contrôlée par une vanne 16. Le premier brûleur 24 est de préférence un brûleur catalytique mais peut également être un brûleur à flamme et est en contact thermique avec le réacteur de reformage 6. En fonctionnement stationnaire, il est alimenté en gaz de rejet par la conduite 8, en carburant par une conduite 31, en air comprimé provenant du groupe de compression 18 par une conduite 33 et en gaz anodiques par la conduite 23. Le premier brûleur 24 peut réaliser, simultanément ou pas, la combustion des gaz de rejet, du carburant, de l'air comprimé et des gaz anodiques contenant de l'hydrogène. Le premier brûleur 24 permet ainsi de réaliser une première combustion des gaz de rejet jusqu'à une température par exemple de l'ordre de 750 à 850 C. Cette première combustion permet d'une part de réduire la toxicité des gaz produits par le module 1 avant leur rejet à l'échappement, et d'autre part de produire de l'énergie thermique pouvant être fournie au réacteur de reformage 6 en contact thermique avec le premier brûleur 24. Les gaz brûlés issus du premier brûleur 24 sont évacués par une conduite 26 vers l'échangeur thermique de surchauffe 3. L'échangeur 3 est par exemple parcouru à contre-courant par les gaz brûlés issus du premier brûleur 24 qui cèdent de l'énergie thermique à la vapeur d'eau pour la surchauffer. Les gaz brûlés sont ensuite acheminés par une conduite 28 vers le deuxième brûleur 27. Le deuxième brûleur 27 est de préférence un brûleur catalytique, mais peut également être un brûleur à flamme, et est en contact thermique avec le générateur de vapeur 2. Il est alimenté, en fonctionnement stationnaire, en gaz brûlés issus de l'échangeur thermique 3 par la conduite 28 et en carburant par une conduite 29. Il permet d'une part de compléter la combustion des gaz de rejet et des gaz brûlés produits par le brûleur à flamme, et d'autre part de fournir de l'énergie thermique au générateur de vapeur 2. Le deuxième brûleur 27 n'a pas besoin d'être alimenté en air comprimé lorsque l'air comprimé injecté dans le premier brûleur 24 par la conduite 33 alimente en excès le premier brûleur 24. De plus, lorsque la gestion thermique est bien adaptée, la température et la composition des gaz brûlés injectés dans le deuxième brûleur 27 peuvent permettre, en régime stationnaire, de fournir l'énergie nécessaire au générateur de vapeur 2 tout en permettant de compléter la combustion des gaz de rejet sans injection supplémentaire de carburant. On obtient ainsi en sortie du deuxième brûleur 27 des gaz dont la combustion a été complète, c'est-à-dire des gaz moins polluants. Les gaz brûlés issus du deuxième brûleur 27 sont alors acheminés par une conduite 30 vers le groupe de compression 18 avant leur rejet par l'échappement. Les gaz cathodiques, issus du compartiment cathodique 14 et composés d'eau et d'air, sont envoyés vers un refroidisseur-séparateur 20 via une conduite 21, puis sont acheminés par une conduite 22 jusqu'au groupe de compression 18. Le refroidisseur-séparateur 20 permet de récupérer l'eau, notamment produite par la pile à combustible 12, et contenue dans les gaz cathodiques. Cette eau est amenée par une conduite 37 vers le générateur de vapeur 2. Le refroidisseur-séparateur 20 permet, en récupérant l'eau contenue dans les gaz produits par la pile à combustible 12, de maintenir, si nécessaire, un bilan d'eau positif pour le module de puissance 1. Le groupe de compression 18 comprend avantageusement un compresseur volumétrique entraîné par un moteur électrique, à titre de premier étage de compression, et un groupe turbocompresseur comprenant un compresseur relié par un arbre à une turbine, à titre de deuxième étage de compression. Le compresseur volumétrique est alimenté en air ambiant via une conduite 32. L'air ambiant subit une première compression puis est envoyé dans le compresseur du deuxième étage, entraîné via l'arbre commun, par la turbine. La turbine est alimentée, d'une part, par les gaz brûlés récupérés à la sortie du deuxième brûleur 27 et acheminés par la conduite 30 et, d'autre part, par les gaz cathodiques récupérés à la sortie du refroidisseur-séparateur 20 et acheminés par la conduite 22. A la sortie de la turbine, les gaz sont envoyés à l'échappement par une conduite 34. L'air comprimé par le groupe de compression 18 jusqu'à une pression comprise par exemple entre 2 et 4 bars, permet d'alimenter en oxygène le compartiment cathodique 14 de la pile à combustible 12 via la conduite 19, le premier brûleur 24 via la conduite 33 et le brûleur à flamme 40 via une conduite 41. Le module 1 comprend également le brûleur à flamme 40 qui alimente en gaz chauds les éléments du module. Le brûleur 40 est alimenté en carburant et en air comprimé. L'air comprimé est produit par le groupe de compression 18 et est acheminé par une conduite 41 jusqu'au brûleur 40. Une vanne trois voies 42 est montée entre la sortie du groupe de compression 18 et les conduites 33 et 41, et est commandée par une unité de commande électronique (UCE) 43. L'unité 43 commande la vanne 42 selon les informations qui lui sont transmises par le capteur de température 44 qui mesure la température du premier brûleur catalytique 24. Le brûleur 40 fournit des gaz chauds qui sont acheminés au premier brûleur 24 par une conduite 45. Une vanne 46 est montée entre la sortie du brûleur 40 et la conduite 45 et est aussi commandée par l'unité 43. Le module 1 comprend également une vanne 50 qui est commandée par l'unité 43 et qui permet de fournir, via une conduite 51, un mélange de carburant et d'air au réacteur de reformage 6. Le mélange de carburant et d'air est produit par un mélangeur 52, par exemple un venturi, qui est alimenté en carburant par une conduite 53 et en air comprimé par une conduite 54. Le mélange de carburant et d'air permet de mettre en oeuvre une réaction d'oxydation partielle dans le réacteur de reformage 6 durant la deuxième étape de la phase de démarrage. Lorsque le module 1 est démarré, la montée en température des différents éléments se fait selon deux étapes successives. Dans la première étape, le brûleur à flamme 40 est alimenté en carburant et en air. L'injection d'air comprimé dans le brûleur à flamme 40 permet de contrôler la température des gaz chauds qui en sortent. En effet, afin d'éviter la formation d'oxydes d'azotes et afin de ménager les matériaux, il est préférable de maintenir la température des éléments 24, 3, 27 du module, en-dessous d'environ 900 C. L'ajout d'air en excès permet de diluer si nécessaire l'énergie thermique des gaz chauds de manière à ne pas atteindre une température trop élevée. Les gaz chauds sont acheminés d'abord vers le premier brûleur 24 par la conduite 45, puis vers l'échangeur thermique de surchauffe 3 par la conduite 26, puis vers le deuxième brûleur 27 par la conduite 27. Ils sont ensuite évacués vers le groupe de compression 18 par la conduite 30. Lorsque le premier brûleur 24 a atteint la température à partir de laquelle une réaction d'oxydation partielle peut être mise en œuvre dans le réacteur de reformage 6, la première étape de montée en température prend fin. Cette température est comprise par exemple entre 200 et 400 C. Le brûleur à flamme 40 est alors arrêté, la vanne 46 est coupée et la vanne 42 redirige l'air comprimé vers le premier brûleur 24. La deuxième étape de montée en température commence alors. La vanne 50 fournit au réacteur de reformage 6 un mélange d'air et de carburant de manière à avoir une réaction d'oxydation partielle dans le réacteur 6. Le reformat produit est alors acheminé vers une vanne 47 qui le dirige soit à la fois au premier brûleur 24 via la conduite 8 et au deuxième brûleur 27 via une conduite 9, soit uniquement vers le premier brûleur 24. On peut noter cependant que le reformat ne traverse pas la membrane 6' car sa pression n'est pas suffisamment élevée. Durant cette deuxième étape, le reformat est brûlé, soit successivement soit simultanément, dans les brûleurs 24 et 27. On obtient ainsi de l'énergie thermique qui est transmise par conduction au réacteur de reformage 6 et au générateur de vapeur 2, sans qu'il soit nécessaire d'apporter du carburant supplémentaire. De cette façon, on augmente encore la vitesse de réchauffement du module 1, on économise le carburant et on limite les émissions polluantes. Le réchauffement du module 1 est également renforcé par le caractère exothermique de la réaction d'oxydation partielle. Enfin, le reformat transite dans les brûleurs 24 et 27 de manière à être complètement brûlé avant le rejet à l'échappement, c'est-à-dire de manière à être moins toxique. Une fois que le brûleur 24 a atteint la température de fonctionnement nominale du réacteur 6, la vanne 50 est coupée et la phase de démarrage prend fin. On réalise alors une montée en pression de la vapeur d'eau et du carburant qui sont fournis par la conduite 7 au réacteur de reformage 6, et une réaction de vapo-reformage peut alors être mise en oeuvre. Il est préférable de réaliser la montée en pression lorsque la membrane 6' est à sa température nominale. En effet, si l'hydrogène permée à travers la membrane 6' avant que celle-ci ne soit à sa température nominale, il y a un risque pour qu'elle se fissure. L'hydrogène produit est alors acheminé vers le compartiment anodique 13 de la pile à combustible 12, via la conduite 10, tandis que les gaz de rejet sont acheminés soit vers les deux brûleurs catalytiques 24, 27, soit uniquement vers le premier brûleur catalytique 24, pour d'une part y être brûlés avant leur rejet à l'échappement, et d'autre part fournir de l'énergie thermique nécessaire à la réaction de vapo-reformage. Sur la figure 2, un autre mode de réalisation est représenté dans lequel les éléments communs au premier mode de réalisation portent les mêmes références. Dans ce mode de réalisation, la membrane 6' n'est pas couplée au réacteur de reformage 6 mais est montée en amont du réacteur 6. Une vanne 60 est alors montée entre le réacteur 6 et la membrane 6', et permet d'acheminer le reformat produit par le réacteur 6 soit vers la membrane 6' soit vers les brûleurs catalytiques 24 et 27 via les conduites 61 et 62. La vanne 60 est commandée par l'unité 43 et contrôle la fin de la phase de démarrage. En effet, pendant la deuxième étape de la phase de démarrage, le réacteur 6 met en oeuvre une réaction d'oxydation partielle et le reformat produit est acheminé vers les brûleurs catalytiques 24, 27 via la vanne 60. Par contre, en fonctionnement stationnaire, la vanne 60 achemine le reformat produit par vapo-reformage, vers la membrane 6'. La membrane 6' fournit alors d'une part un gaz riche en hydrogène qui alimente le compartiment anodique 13, et d'autre part des gaz de rejet qui sont acheminés vers le premier brûleur 24 via la conduite 63 pour y être brûlés. Le fonctionnement du reste du module 1 reste analogue au premier mode de réalisation. Selon une variante de l'invention, le carburant peut être vaporisé dans un échangeur thermique indépendant avant d'être injecté dans le surchauffeur. De même, selon une autre variante de l'invention, un purificateur ou plusieurs peuvent être placés à la suite du réacteur de reformage. Dans ce cas, la membrane de séparation d'hydrogène peut être placée à la suite des purificateurs, ou bien peut leur être associée. Selon une autre variante, un troisième brûleur catalytique peut être associé à l'échangeur thermique de surchauffe. Le module de puissance tel que décrit précédemment peut être utilisé au sein d'un véhicule automobile pour diverses applications. Ainsi, selon la gamme de puissance délivrée par le module, on pourra envisager soit l'entraînement du véhicule, soit l'alimentation des équipements électriques du véhicule, soit enfin une prolongation d'autonomie du véhicule. REVENDICATIONS 1. Module de puissance (1) comprenant : - une pile à combustible (12) alimentée en gaz riche en oxygène et en gaz riche en hydrogène, et capable de générer de l'énergie électrique, - un réacteur de reformage (6) monté en amont de la pile à combustible (12) et alimenté en carburant hydrocarboné et en vapeur d'eau ou en gaz riche en oxygène, et capable de produire un reformat, - une membrane de séparation d'hydrogène (6') montée en aval et/ou couplée au réacteur de reformage (6), et capable de produire un gaz plus riche en hydrogène que le reformat et des gaz de rejet, caractérisé en ce que le module de puissance (1) comprend également : - un premier brûleur catalytique (24) en contact thermique avec le réacteur de reformage (6) et pouvant être alimenté par des gaz de rejet issus de la membrane de séparation d'hydrogène (6') ou par le reformat provenant du réacteur de reformage (6), - une source de chaleur extérieure (40) alimentée en carburant et en gaz riche en oxygène, et capable de produire des gaz brûlés, - et en ce que le réacteur de reformage (6) est monté de manière à pouvoir être chauffé par les gaz brûlés issus de la source de chaleur extérieure (40), et le premier brûleur catalytique (24) est monté de manière à pouvoir être chauffé par la combustion du reformat et/ou des gaz de rejet. 2. Module de puissance (1) selon la revendication 1 dans lequel la source de chaleur extérieure (40) est un brûleur à flamme (40). 3. Module de puissance (1) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le premier brûleur catalytique (24) peut être alimenté par les gaz issus de la pile à combustible (12) et/ou un gaz riche en oxygène et/ou du carburant. 4. Module de puissance (1) selon l'une des revendications 1 à 3 comprenant également un générateur de vapeur (2) monté en amont du réacteur de reformage (6), alimenté en eau et capable de produire de la vapeur d'eau, et un deuxième brûleur catalytique (27) en contactthermique avec le générateur de vapeur (2) et pouvant être alimenté par des gaz issus du. premier brûleur (24) et/ou par le reformat issus du réacteur de reformage (6) et éventuellement par du carburant, le deuxième brûleur catalytique (27) étant monté de manière à pouvoir être chauffé par la combustion du reformat et/ou des gaz de rejet. 5. Module de puissance (1) selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel une vanne (46) est montée entre la sortie de la source de chaleur extérieure (40) et l'entrée du premier brûleur catalytique (24), la vanne (46) étant commandée par un capteur de température du catalyseur (44) monté dans le premier brûleur catalytique (24). 6. Module de puissance (1) selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel une vanne (47) commandée à trois voies est montée entre la sortie du réacteur de reformage (6) et l'entrée des premier et deuxième brûleurs (24, 27), la vanne (47) à trois voies étant commandée par un capteur de température du catalyseur (44) monté dans le premier brûleur catalytique (24). 7. Module de puissance (1) selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel une vanne (60) commandée à trois voies est montée entre la sortie du réacteur de reformage (6), l'entrée des premier et deuxième brûleurs (24, 27) et l'entrée de la membrane de séparation d'hydrogène (6'), la vanne à trois voies (60) étant commandée par un capteur de température du catalyseur (44) monté dans le premier brûleur catalytique (24). 8. Module de puissance (1) selon l'une des revendications précédentes comprenant également un échangeur thermique de surchauffe (3) alimenté respectivement par la vapeur issue du générateur de vapeur (2) et par les gaz brûlés issus du premier brûleur (24), et fournissant respectivement de la vapeur d'eau surchauffée au réacteur de reformage (6) et des gaz brûlés au deuxième brûleur (27), l'échangeur thermique de surchauffe (2) étant monté de façon à pouvoir être chauffé par les gaz issus du premier brûleur (24). 9. Module de puissance (1) selon la revendication 8 dans lequel le premier brûleur (24), l'échangeur thermique de surchauffe (3) et ledeuxième brûleur (27) sont montés en série sur le circuit d'évacuation des gaz brûlés. 10. Procédé de mise en oeuvre d'un module de puissance (1) comprenant une pile à combustible (12) alimentée en gaz riche en hydrogène par un réacteur de reformage (6) associé à une membrane de séparation d'hydrogène (6'), caractérisé en ce que : le module de puissance (1) comprend également un premier brûleur catalytique (24) en contact thermique avec le réacteur de reformage (6), dans lequel, dans une phase de démarrage : - on fait monter la température du premier brûleur (24) et du réacteur de reformage (6) jusqu'à une première température au moyen d'une source de chaleur extérieure (40), puis - on fait monter la température du réacteur de reformage (6) jusqu'à une deuxième température en réalisant une réaction d'oxydation partielle dans le réacteur de reformage (6), et on fait monter la température du premier brûleur catalytique (24) par combustion du reformat produit par le réacteur de reformage (6). 11. Procédé selon la revendication précédente dans lequel le module (1) comprend également un deuxième brûleur catalytique (27) qui, lors de la phase de démarrage, est chauffé d'abord par la source de chaleur extérieure (40), puis par combustion du reformat produit par la réaction d'oxydation partielle. 12. Procédé selon la revendication 11 dans lequel, après la phase de démarrage : - on alimente le réacteur de reformage (6) avec un mélange de vapeur d'eau et de carburant sous pression de manière à obtenir à la sortie de la membrane (6'), d'une part de l'hydrogène provenant du reformat produit par vapo-reformage et ayant traversé la membrane (6'), et d'autre part des gaz n'ayant pas traversé la membrane (6') ; - on alimente la pile à combustible (12) avec l'hydrogène ayant traversé la membrane (6'), et - on alimente les premier et deuxième brûleurs (24, 27) avec les gaz n'ayant pas traversé la membrane (6').