Hydrogène

Pourquoi l'hydrogène ?
D'hier à aujourd'hui

Définition

L'hydrogène est l'élément chimique de numéro atomique 1, de symbole H.
La forme moléculaire H2 est le dihydrogène, élément qui existe à l'état gazeux.
Le nom hydrogène est composé par le préfixe "hydro" du grec signifiant eau et du suffixe "gène" signifiant engendrer en grec.
Quand il brûle le dihydrogène produit de l'eau.
Dans le langage courant on parle simplement d'hydrogène pour la forme gazeuse.
L'hydrogène est l'élément le plus répandu, le soleil est constitué de 92% d'hydrogène. Les nuages de h2 sont à la base du processus de formation des étoiles. Sur terre il est très abondant et présent majoritairement sous forme d'eau H2O.

L'hydrogène présente de nombreux avantages. C'est donc l'élément idéal pour produire l'énergie électrique au sein des piles à combustible (système transformant l'énergie chimique en énergie électrique). Sous sa forme pure c'est le gaz le plus léger, présentant ainsi une grande sécurité du fait de sa vitesse de diffusion dans l'air. Bien que ce soit un gaz inflammable, il est moins dangereux que le gaz naturel en situation non "confinée*", et en situation "confinée*" il est malgré tout moins explosif et la surpression de détonation est plus faible.
*confiné : emprisonné avec de l'air dans un volume fermé.

C'est un gaz léger, il s'échappe naturellement de l'atmosphère, par conséquent il n'est présent à l'état naturel que sous forme de traces dans l'atmosphère.
Il existe cependant dans quelques contextes géologique, il est alors désigné par le terme hydrogène naturel; l'hydrogène fatal désigne l'hydrogène rejeté par l'industrie pétrochimique. Les sources d'hydrogène sont d'origines industrielles.
Deux procédés essentiellement permettent la production d'hydrogène :

1 - Le Vapoformage

Basé sur la réaction d'hydrocarbure (méthane ...) en présence de chaleur et d'eau.

CH4 + H2O ---> 4H2 + CO2

Le rendement énergétique est de 40% à 45%, cette méthode a l'inconvénient de produire du CO2 gaz à effet de serre.

2 - Electrolyse de l'eau

Cette méthode consiste à décomposer la molécule d'eau. Cette réaction est obtenue par un courant électrique continu dans l'eau en plongeant une anode et une cathode dans un bac. La réaction globale est la suivante :

2H2O ---> 2H2 + O2

L'électricité nécessaire à cette réaction peut provenir d'une énergie renouvelable, ce qui rend cette méthode intéréssante car l'énergie potentielle du H2 correspond à 80% de l'énergie électrique nécessaire. Par ailleurs au sein d'une pile à combustible la réaction est réversible produisant de la chaleur et de l'électricité.
C'est le principe du concept Janus et de la solution que nous proposons. L'eau utilisée est par ailleurs reconstituée !!

Historique

Autrefois l'hydrogène était utilisé pour des usages divers, désigné alors par le terme "gaz de ville".
Le gaz de ville était composé de dihydrogène (h2) et de monoxyde de carbone (CO). Il était produit à partir de la pyrolyse de la houille. Son nom provient de la proximité des usines, où il etait produit, et des villes, lieu de consommation.
Au début du XIXe, employé comme gaz d'éclairage pour alimenter les reverbères des voies publiques, combustible pour les turbines et moteurs, puis comme gaz domestique jusqu'en 1950 pour le chauffage et la cuisson.
La distribution du gaz de ville était signalée par une plaque "gaz à tous les étages", sur la façade des immeubles.
Ce gaz présentait un inconvénient majeur : la dangerosité due au monoxyde de carbone, très toxique et inodore. A partir de 1950 il est remplacé par le gaz naturel.

Quand on parle d'hydrogène on y associe souvent l'accident du dirigeable allemand Hindenburg. L'hydrogène provoqua la peur et devint un gaz dangereux à bannir.
Cependant l'acident du dirigeable n'est pas directement liée à l'hydrogène. 76 ans après cet accident tragique un ingénieur aéronautique britannique et ses collègues explique l'origine de l'accident par l'accumulation de l'électricité statique sur le dirigeable. L'équipage en récuperant les cordes a permis le contact de l'appareil avec le sol, le feu s'est alors déclaré enflammant le vernis qui protégeait l'enveloppe de l'aéronef.
Le ballon dirigeable n'a pas explosé mais brûlé. L'hydrogène s'est enflammé à cause d'une fuite d'un conduit de gaz cassé à l'arrière de l'appareil. Si le ballon avait été gonflé à l'hélium le déroulement de l'accident et les conséquences auraient été presque identiques.
Voir la vidéo de l'accident

Aujourd'hui

Toutes les études, quelles soient expérimentales ou théoriques, montrent que l'hydrogène n'est pas plus dangereux que le gaz naturel.
Les risques sont différents :

  • Un grand soin doit être apporté aux matériaux et enveloppes à cause de leur fragiltié accrue en présence d'hydrogène à température élevée et/ou d'hydrogène pur.
  • l'inflammabilité dans l'air est plus large avec l'hydrogène 4 - 75 % contre 5,3-15 % avec le gaz naturel.
    Cependant en pratique seule la limite basse compte.
  • l'énergie d'inflammation est plus faible pour l'hydrogène 20 µjoules que pourle gaz naturel 290 µjoules.
  • le coefficiant de diffusion dans l'air est 4 fois plus élévé pour l'hydrogène (0,61 cm2/s) que pour le gaz naturel (0,16 cm2/s)

sources : Association Française de l'hydrogène - "Pourquoi l'hydrogène" - Octobre 2006. AFH

La légèreté de l'hydrogène devient une qualité et un élément de sécurité car il se dispersera plus vite dans l'air.
De ce fait il faut veiller à éviter tout confinement de l'hydrogène, c'est à dire son accumulation dans un volume fermé.
Les citoyens étaient habitués à l'hydrogène au début du XIXe siècle, et des études actuelles montrent que les allemands en majorité sont prêts à accepter l'hydrogène comme carburant. Cela s'explique par la mise en service de plusieurs véhicules à hydrogène (moteur thermique ou à pile à combustible) testés en allemagne, en milieu urbain, et qu'une large publicité est faite.
L'hydrogène ne doit plus faire peur d'autant que le stockage de ce gaz sous forme solide, comme nous le préconisons dans nos solutions, rend l'hydrogène inoffensif.