Considérons, à titre d’exemple particulier, le cas de l’électrolyse de l’eau liquide selon la technologie dite à électrolyte polymère acide (connue sous l’acronyme anglo-saxon PEM qui signifie proton-exchange membrane ou polymer electrolyte membrane). La membrane polymère, qui a une épaisseur type comprise entre 50 et 250 microns (ou micromètres), est un électrolyte solide, les porteurs de charge ioniques restant confinés à l’intérieur. Les électro-catalyseurs sont déposés sur chacune des deux faces de la membrane. La membrane polymère est donc revêtue de deux couches catalytiques ayant une épaisseur type comprise entre quelques micromètres et quelques dizaines de micromètres. Les deux couches catalytiques forment les deux électrodes de la cellule. De tels assemblages membrane-électro-catalyseurs sont appelés CCM (acronyme anglais signifiant catalyst-coated membrane). Un réacteur d’électrolyse de l’eau, par exemple de type membrane échangeuse de protons, comprend deux puits d’injection d’eau liquide et deux puits de collecte de mélanges biphasiques. Chaque compartiment de chaque cellule possède un point d’entrée d’eau (liquide ou vapeur selon la technologie) alimenté par le puits d’injection et un point de sortie du mélange réactionnel (monophasique ou biphasique selon la technologie) connecté au puits de collecte. Dans le cas le plus simple, l’unique réacteur électrochimique est connecté à deux circuits séparés et fermés de circulation de fluide (électrolyte) : un circuit anodique et un circuit cathodique. Le puits d’injection et le puits de collecte anodiques sont reliés fluidiquement au circuit anodique. Le puits d’injection et le puits de collecte cathodiques sont reliés fluidiquement au circuit cathodique. L’eau liquide circule dans chacun de ces deux circuits à l’aide d’une pompe, selon un sens giratoire intérieur allant du puits d’injection au puits de collecte. Chaque circuit comporte différents blocs fonctionnels, par exemple, un séparateur liquide-gaz qui permet la séparation et la collecte des gaz issus de la réaction, un échangeur thermique qui permet d’extraire la chaleur produite dans les cellules en cours d’électrolyse, un lit de résine qui permet de contrôler la conductivité de l’eau en circulation, une pompe qui assure la circulation d’eau dans le circuit, et différents capteurs de pression, température et débit qui permettent d’asservir le fonctionnement à un automate de contrôle-commande. Il existe des cas plus complexes où plusieurs réacteurs sont interconnectés électriquement et fluidiquement, en série ou en parallèle, chacun d’entre eux possédant un circuit anodique et cathodique individuel ou commun. En fonctionnement, l’eau liquide est injectée à l’aide d’une pompe dans chaque compartiment de chaque cellule et un mélange biphasique (eau liquide et gaz généré dans la cellule en cours d’électrolyse) est collecté à la sortie de chaque compartiment. Un mélange d’eau liquide et de gaz oxygène est collecté à la sortie de la structure anodique et un mélange d’eau liquide et de gaz hydrogène est collecté à la sortie de la structure cathodique. Le flux d’eau liquide qui traverse la structure anodique de chaque cellule sert à la fois à alimenter la réaction d’électrolyse et à refroidir la structure anodique car la réaction de dégagement d’oxygène est exothermique. Le flux d’eau liquide qui traverse la structure cathodique de chaque cellule sert à la fois à collecter le flux d’eau électro-osmotique qui traverse la membrane et à refroidir la cathode car la réaction de dégagement d’hydrogène est exothermique.