La molécule d'hydrogène se présente le plus souvent sous la forme de dihydrogène (H2) appelé par abus de langage "hydrogène". A température et à pression terrestre, le dihydrogène se trouve sous forme gazeuse. Etonnamment, le dihydrogène sous forme solide est un métal (hydrogène métallique). Il n'est toutefois pas présent sur Terre sous cet état et n'est donc pas considéré comme un métal en chimie.

Aujourd'hui, on parle beaucoup de "l'hydrogène" comme une solution énergétique pour l'avenir. Cependant il n'existe pas à l'état naturel sur la Terre. Il ne peut donc pas être considéré comme une source énergétique car ce n'est pas une énergie fossile ou renouvelable mais simplement un vecteur énergétique.

Comment le produire ?

Il existe 3 techniques pour produire du dihydrogène :

• La production d’hydrogène à partir des carburants fossiles est la plus répandue actuellement. Mais cette technique ne constitue pas une solution à terme puisque les hydrocarbures ont une durée de vie limitée. On distingue 2 procédés différents pour ce style de fabrication :

- Le vaporéformage: il consiste à faire réagir un hydrocarbure (essence, butane…) avec de l’eau grâce à l’action d’un catalyseur. Le vaporéformage se scinde en 2 réactions : tout d’abord celle du méthane et de l’eau qui produit du monoxyde de carbone (CO) et de l’hydrogène puis la réaction entre l’eau et le COˉ :

CH4 +H2O ----> CO + 3 H2

CO+H2O ---->CO2 + H2

- L’oxydation partielle : Elle consiste en une réaction entre un hydrocarbure ou un gaz naturel avec l’oxygène, suivie d’une purification du gaz puisqu’il y a présence de CO. La première réaction celle de l’oxydation a lieu à haute température et à haute pression. Elle est suivie d’une réaction entre l’eau et le CO et des techniques de purification.

• La biomasse : cette technique n’est pas encore mûre actuellement. Il existe plusieurs méthodes : la transformation en alcool ou en méthane puis un reformage ou la thermolyse et gazéification de la biomasse suivie aussi d’un reformage.

Comment le stocker ? 

Une fois créé, il faut pouvoir stocker l’hydrogène.

La nature fortement inflammable de l'hydrogène en présence de l'oxygène de l'air fait souvent craindre des risques d'explosion quand il est stocké en quantité. Les catastrophes qui ont touché des dirigeables gonflés à l'hydrogène, comme le Hindenburg, ont marqué les esprits.

Toutefois l'hydrogène est très volatile et se dissipe rapidement en cas de fuite, et même s’il entre facilement en combustion, les véritables explosions sont très rares.

• Stockage gazeux à pression faible : c’est la méthode la plus simple pour le stocker, mais il nécessite un volume très important car les molécules d’hydrogènes ne sont pas concentrées, ce système n’est donc pas exploitable.

• Stockage gazeux à pression importante : Le volume de stockage est nettement plus petit et sa quantité est souvent plus importante que le stockage gazeux à pression faible, cette technique demande de l’énergie pour pouvoir compresser l’hydrogène.

• Stockage liquide : Son volume est encore plus faible. Cependant elle nécessite une dépense d’énergie très importante pour le passage de l’état gazeux à l’état liquide. C’est la technique utilisée dans le domaine spatial. Elle demande d’énormes précautions car comme l’hydrogène est le plus petit élément chimique, son stockage nécessite l’utilisation de matières adaptées, qui empêchent les fuites.

• Stockage moléculaire : C'est un des axes de recherche prometteurs qui va permettre d'utiliser l'hydrogène dans les moteurs. Afin de résoudre les problèmes de fuite et d’inflammabilité, quelques équipes à travers le monde étudient la piste des hydrures métalliques. Ces alliages sont, en effet, capables d'absorber et de stocker l'hydrogène, à l'image d'une éponge, de manière stable et sûre. L'alliage métallique LaMg2Ni (lanthane, magnésium, nickel) est un conducteur électrique. En présence d'hydrogène (H2), il forme l'hydrure métallique LaMg2NiH7 qui, lui, est un isolant. De plus, les chercheurs ont enfin compris le mécanisme d'absorption pour ce type d'hydrures, qui peuvent contenir désormais une très grande quantité d’hydrogène. Cependant, cet hydrure est lourd, cher et complexe à créer. Néanmoins des sous-marins allemands et bientôt grecs fonctionnent grâce à ce type de stockage.

Les différents moteurs à hydrogène

Un moteur à hydrogène est un dispositif qui transforme l’énergie chimique contenue dans le dihydrogène (H2) en énergie mécanique.

Ce dispositif peut être de trois types :

• Un moteur à réaction ;
• Un moteur à combustion interne ;
• Un moteur électrique alimenté par une pile à combustible. 

Dans son principe la pile à combustible est semblable à une pile électrique, seul le mode de stockage du combustible et du comburant diffèrent. Ils proviennent de l’extérieur de la pile et ne sont donc plus emmagasinés dans le générateur. Une pile électrique (au zinc) doit être jetée une fois que le combustible est épuisé. Dans une pile à combustible on peut continuer à obtenir un courant électrique en remplissant le réservoir d’H2 et en alimentant en O2. Ainsi la pile à combustible a un réel avantage sur la pile électrique. La réaction de combustion s’effectue à des températures plus basses (à partir de 80°C) que dans les convertisseurs d’énergie classique (moteur à explosion, moteur à vapeur…). De ce fait la production d’oxydes polluants (CO2, NO2…). Ainsi la pile à combustible crée de l’électricité afin d’entraîner un moteur électrique classique.

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