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Article technique
27. septembre 2019

L'hydrogène

L'énergie pour le futur?

2019 pourrait être le point de départ pour l‘hydrogène en tant qu‘élément important du futur bouquet énergétique. Le rapport «Hydrogène Roadmap Europe» montre que les objectifs climatiques de l‘UE d‘ici 2050 ne peuvent être atteints qu‘avec l‘hydrogène. L‘Agence internationale de l‘énergie (AIE) a publié une étude indépendante sur ce gaz. Le Japon est le premier pays à faire de l‘hydrogène l‘élément central de son approvisionnement énergétique. Aux Pays Bas, des tests pilotes avec des systèmes de chauffage à l‘hydrogène ont été lancé. La Suisse deviendra le marchétest pour les camions fonctionnant à l‘hydrogène.
Hubert Palla 

L’hydrogène est-il l’espoir d’un approvisionnement en énergie renouvelable pour le futur? Si l’on considère les propriétés et les multiples applications de l’hydrogène, la réponse ne fait aucun doute: c’est oui.

Tout comme l‘électricité, l‘hydrogène n‘est pas une source d‘énergie mais un vecteur énergétique secondaire. L‘hydrogène et l‘énergie électrique peuvent être produits à partir de différentes sources d‘énergie et technologies. Les deux vecteurs sont polyvalents.

La grande différence entre ces deux agents est que l‘hydrogène est un vecteur chimique composé de molécules et pas seulement d‘électrons, comme c’est le cas de l‘énergie électrique. Cette différence explique également l‘avantage qu’a l‘hydrogène sur l‘électricité (dans certains domaines). L‘énergie chimique peut en effet être stockée pendant longtemps, elle est stable et peut être facilement transportée. Les molécules de H2 peuvent également être brûlées pour générer des températures élevées et être utilisées pour toute une série d‘applications.

Un approvisionnement énergétique décarbonisé, misant uniquement sur l‘électricité, serait un système énergétique basé sur un flux très vulnérable. La production et la consommation devraient pouvoir être ajustées en temps réel et sur de longues distances. En revanche, un système d‘approvisionnement reposant sur plusieurs vecteurs énergétiques est plus fiable et plus sûr.

L‘hydrogène est considéré comme un élément clé d‘un futur système énergétique climatiquement neutre. Ce gaz peut en effet faciliter l‘intégration des énergies renouvelables. L‘hydrogène offre également la possibilité de décarboniser certains secteurs (transports, bâtiments, industrie), qu’il serait difficile de transformer par ailleurs.

Hydrogène ...

  • est composé d’un proton et d’un électron
  • est un élément chimique dont le s ymbole est H
  • son numéro atomique est 1 (nombre de protons dans le noyau atomique d’un élément chimique)
  • est l’élément chimique le plus abondant dans l’univ ers
  • est un composant de l’eau (H2O) et se trouve dans presque tous les composés organiques
  • n’est, en tant qu’hydrogène moléculaire H2, présent dans l’atmosphère que sous forme de traces
  • est la source d’énergie ayant la densité énergétique la plus élevée par rapport à son poids
  • n’explose pas – seuls ses mélanges avec l’oxygène ou d’autres gaz oxydants
  • n’oxyde pas
  • ne dégage pas de CO 2 lors de sa combustion
  • n’émet aucun élément polluant lors de sa combustion
  • brûle sans laisser de résidus
  • n’est pas toxique, corrosif ou radioactif
  • est inodore
  • est plus léger que l’air
  • ne présente aucun danger pour l’eau
  • ne nuit ni à la natur e ni à l’environnement
  • n’est pas cancérigène
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Histoire et propriétés de l'hydrogène


Présence

Contrairement à la forme sous laquelle il existe dans l’espace, sur terre l’hydrogène n’existe pratiquement que sous des formes composées avec d’autres éléments. Aucun autre élément n’est en effet connu pour avoir autant de composés. La grande partie de l’hydrogène terrestre se présente combinée à l’eau. Il couvre donc, sous cette forme, les deux tiers de la surface du globe. La fréquence en pour cent de l’hydrogène gazeux moléculaire de formule H2 dans l’air est seulement de 0,55 ppm.

Histoire
L‘hydrogène a été découvert en 1766 par l’autodidacte anglais Henry Cavendish alors qu’il faisait des expériences avec du mercure et des acides. Lorsqu‘il mélangea les deux substances, de petites bulles de gaz se formèrent. Il ne parvint toutefois pas à identifier ce dernier comme l‘un des gaz connus. Indépendamment de Cavendish, le chimiste français Antoine Lavoisier découvrit le gaz en 1787 lorsqu‘il voulut démontrer dans le cadre d’une expérience spécifique qu‘aucune masse n‘est perdue ni produite lors d’une réaction chimique. Lavoisier poursuivit ses recherches sur le gaz et effectua ce qui est maintenant connu sous le nom d‘échantillon de gaz oxyhydrogène, lequel brûle. Lorsqu‘il montra dans le cadre d‘autres expériences que le processus inverse permettait de produire à nouveau de l‘eau, il baptisa ce gaz «hydrogène» (du grec: hydro = eau et gène = générer). Le mot signifie donc «formeur d’eau».

Gaz de ville
L‘année 1843 marque le début de l‘approvisionnement de notre pays en gaz, à l‘époque sous forme de gaz de ville, qui était principalement extrait du charbon. Le gaz de ville, source d‘énergie secondaire universellement utilisable, a surtout apporté plus de confort et de sécurité dans les foyers. Les principaux composants de ce gaz étaient l‘hydrogène (50%), le méthane (25%) et l‘azote (15%). La distribution se faisait exclusivement via des réseaux en îlot.

Propriétés physiques et chimiques de H2

Apparence
Dans des conditions ambiantes, l’hydrogène est présent sous forme de gaz incolore et inodore.

Densité spécifique
0,0899 kg/m3
L’hydrogène a le poids moléculaire le plus faible de tousles matériaux. Il est également le plus léger de tous les gaz, soit 14 fois plus léger que l’air.

Solubilité
La solubilité de l’hydrogène dans l’eau est faible avec environ 1,6 mg/l. Cela étant, de nombreux matériaux ont une solubilité extraordinairement élevée pour l’hydrogène. Le palladium, métal spongieux, peut par exemple absorber 850 fois son propre volume en hydrogène.

Capacité de diffusion
Gaz le plus léger qui soit, l’hydrogène se diffuse plus rapidement, même à travers un matériau poreux, pour se répandre dans un autre milieu. Même à travers des métaux tels que le fer, le platine ou le palladium.

Conductivité thermique
0,1815 W/(m · K)
La conductivité thermique de l’hydrogène est relativement élevée et est environ sept fois plus grande que l’air.

Inflammabilité
Température d’auto-inflammabilité: 560 °C

Combustibilité
L‘hydrogène est combustible et forme un mélange gazeux explosif lorsqu’il est combiné avec l‘oxygène. Lorsqu’on enflamme l‘hydrogène à l‘air, il brûle dans l‘eau avec une flamme pâle, bleutée et chaude.

Pouvoir calorifique             Valeur énergétique
1 19,972 MJ/kg                    141,800 MJ/kg
   10,782 MJ/m3                     12,745 MJ/m3
  2,995 kWh/m                    3,540 kWh/m3

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