{"id":63407,"date":"2024-10-21T16:17:42","date_gmt":"2024-10-21T16:17:42","guid":{"rendered":"https:\/\/www.africa-press.net\/centrafricaine\/politique\/les-trois-defis-de-lhydrogene"},"modified":"2024-10-21T16:24:29","modified_gmt":"2024-10-21T16:24:29","slug":"les-trois-defis-de-lhydrogene","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.africa-press.net\/centrafricaine\/toutes-les-actualites\/les-trois-defis-de-lhydrogene","title":{"rendered":"Les trois d\u00e9fis de l’hydrog\u00e8ne"},"content":{"rendered":"

Africa-Press – CentrAfricaine. <\/strong><\/span>C\u2019est le tout premier e\u0301le\u0301ment dans le tableau de Mendelei\u0308ev, le plus le\u0301ger, celui qui est apparu imme\u0301diatement apre\u0300s le Big Bang et qui constitue encore les immenses nuages de gaz qui parse\u0300ment l\u2019Univers et ou\u0300 se forment les e\u0301toiles. Sur Terre, il est partout: avec l\u2019oxyge\u0300ne, l\u2019hydroge\u0300ne constitue l\u2019eau (H2O) et se lie a\u0300 de tre\u0300s nombreuses mole\u0301cules. Et la plane\u0300te en produit naturellement, en raison de l\u2019oxydation de roches volcaniques, notamment au fond des oce\u0301ans, ou encore par l\u2019effet de la radioactivite\u0301 qui casse les mole\u0301cules d\u2019eau. C\u2019est l\u2019hydroge\u0300ne dit \u00ab\u00a0blanc \u00ab\u00a0.<\/p>\n

Mais sa forme gazeuse compose\u0301e de deux atomes (dihydroge\u0300ne, H2), celle qui inte\u0301resse les industriels, est rare dans la nature. Un seul petit gisement, au Mali, est actuellement exploite\u0301. En France, plusieurs permis de recherche ont e\u0301te\u0301 de\u0301pose\u0301s, mais l\u2019e\u0301valuation des stocks re\u0301ellement disponibles fait de\u0301bat. L\u2019impact environnemental de son extraction et de sa purification reste aussi a\u0300 de\u0301terminer. C\u2019est pourquoi on doit pour l\u2019instant le fabriquer, en grandes quantite\u0301s, notamment a\u0300 partir de gaz naturel, pour de multiples usages: raffinage des produits pe\u0301troliers, synthe\u0300se de l\u2019ammoniac destine\u0301 a\u0300 l\u2019industrie des engrais par exemple. \u00ab\u00a0Cet hydroge\u0300ne est tre\u0300s carbone\u0301. Pour en produire 1 kg, on e\u0301met 11 kg de CO2\u00a0\u00bb, explique Luc Bodineau, coordinateur du programme hydroge\u0300ne a\u0300 l\u2019Ademe. Parfois qualifie\u0301 de \u00ab\u00a0gris\u00a0\u00bb, cet hydroge\u0300ne industriel devient \u00ab\u00a0bleu\u00a0\u00bb lorsque le CO2 e\u0301mis lors de sa production est capte\u0301, avec a\u0300 la cle\u0301 un bilan carbone un peu meilleur.<\/p>\n

Mais ce qui mobilise aujourd’hui les scientifiques et les industriels, c’est l’hydroge\u0300ne comple\u0300tement de\u0301carbone\u0301 (\u00ab\u00a0vert\u00a0\u00bb). Car l’hydroge\u0300ne est une source d’e\u0301nergie. Injecte\u0301 a\u0300 tre\u0300s forte pression avec de l’oxyge\u0300ne dans une chambre de combustion, il permet par exemple de propulser les moteurs principaux de la fuse\u0301e Ariane 6. Il en existe cependant une application plus courante: la pile a\u0300 combustible, qui produit de l’e\u0301lectricite\u0301 a\u0300 partir d’hydroge\u0300ne, mis la\u0300 encore en contact avec de l’oxyge\u0300ne, le plus souvent celui de l’air, et qui n’e\u0301met que de la vapeur d’eau. Ide\u0301al sur le papier.<\/p>\n

De toutes tailles, elles sont capables d’alimenter des usines, des trains, et me\u0302me certains taxis a\u0300 Paris. La filie\u0300re peine toutefois a\u0300 e\u0301merger, du fait d’une demande encore trop faible. Une nouvelle re\u0301glementation, plus stricte, sur les e\u0301missions de gaz a\u0300 effet de serre devrait la stimuler. Mais cela ne suffira pas: pour espe\u0301rer un jour utiliser massivement l’hydroge\u0300ne, la recherche doit relever trois de\u0301fis techniques majeurs.<\/p>\n

1\/ Produire de l’hydroge\u0300ne \u00ab\u00a0vert\u00a0\u00bb a\u0300 grande e\u0301chelle<\/b><\/p>\n

L’e\u0301lectricite\u0301 produite par les panneaux solaires ou les e\u0301oliennes est intermittente. Quant a\u0300 la production nucle\u0301aire, elle est parfois en de\u0301calage par rapport a\u0300 la demande. Que fait-on de l’e\u0301lectricite\u0301 en exce\u0300s ? On la stocke dans des batteries, on l’utilise pour pomper de l’eau qui fera tourner des turbines hydroe\u0301lectriques. Ou encore on l’emploie a\u0300 fabriquer de l’hydroge\u0300ne, par e\u0301lectrolyse: dans un re\u0301servoir d’eau, on plonge deux e\u0301lectrodes et on applique un courant e\u0301lectrique. \u00ab\u00a0Les e\u0301lectrons viennent casser la mole\u0301cule d’eau, ce qui donne du dihydroge\u0300ne et du dioxyge\u0300ne\u00a0\u00bb, explique Christophe Turpin, responsable des activite\u0301s hydroge\u0300ne du laboratoire Laplace (Toulouse). Ce centre cherche a\u0300 ame\u0301liorer e\u0301lectrolyseurs et piles a\u0300 combustible.<\/p>\n

L’e\u0301lectrolyseur a e\u0301te\u0301 conc\u0327u en 1800 par les Britanniques William Nicholson et Anthony Carlisle. En plongeant dans l’eau (\u00ab\u00a0l’e\u0301lectrolyte\u00a0\u00bb) deux fils de cuivre relie\u0301s aux deux bornes d’une pile (les \u00ab\u00a0e\u0301lectrodes\u00a0\u00bb), ils ont observe\u0301 un de\u0301gagement de fines bulles: de l’hydroge\u0300ne. Mais ce proce\u0301de\u0301, l'\u00a0\u00bbe\u0301lectrolyse alcaline\u00a0\u00bb, a un de\u0301faut notable: l’e\u0301lectrolyseur met longtemps a\u0300 atteindre son plein re\u0301gime. Il est donc peu adapte\u0301 a\u0300 une e\u0301lectricite\u0301 intermittente.<\/p>\n

C’est pourquoi les scientifiques s’attachent a\u0300 de\u0301velopper une autre technologie la membrane e\u0301changeuse de protons (MEP). Constitue\u0301e d’un polyme\u0300re, elle joue le ro\u0302le d’e\u0301lectrolyte et se\u0301pare l’hydroge\u0300ne et l’oxyge\u0300ne. Avantage conside\u0301rable: un re\u0301gime de croisie\u0300re tre\u0300s vite atteint. En 2021, la socie\u0301te\u0301 Air Liquide a installe\u0301 au Que\u0301bec un site base\u0301 sur cette technologie. Il produit plus de 8 tonnes d’hydroge\u0300ne par jour, a\u0300 partir d’e\u0301lectricite\u0301 hydroe\u0301lectrique. Une autre technologie d’e\u0301lectrolyseur, dite a\u0300 \u00ab\u00a0oxyde solide\u00a0\u00bb, fonctionne quant a\u0300 elle a\u0300 haute tempe\u0301rature (600 a\u0300 800 \u00b0C). Elle valorise la chaleur inutilise\u0301e de\u0301gage\u0301e lors de processus industriels. Mais des proble\u0300mes demeurent.<\/p>\n

\u00ab\u00a0L’e\u0301lectricite\u0301 fournie par les sources d’e\u0301nergie renouvelables comme les e\u0301oliennes n’arrive pas de manie\u0300re re\u0301gulie\u0300re. Cela acce\u0301le\u0300re le vieillissement des e\u0301lectrolyseurs. Nous travaillons a\u0300 lisser la puissance e\u0301lectrique, par exemple en utilisant une batterie qui absorbe les pointes de production et redonne cette e\u0301lectricite\u0301 a\u0300 l’e\u0301lectrolyseur quand il y a sous-production, explique le chercheur. Un autre enjeu important est la performance et la dure\u0301e de vie des syste\u0300mes auxiliaires, comme les pompes qui font circuler l’eau et captent l’hydroge\u0300ne et l’oxyge\u0300ne.\u00a0\u00bb<\/p>\n

Enfin, les e\u0301lectrodes sont constitue\u0301es de platine ou d’iridium, qui servent de catalyseurs dans la re\u0301action d’hydrolyse. Des me\u0301taux cou\u0302teux, dont l’approvisionnement constitue un enjeu strate\u0301gique. \u00ab\u00a0On cherche a\u0300 re\u0301duire la quantite\u0301 d’iridium, qui reste encore le catalyseur de re\u0301fe\u0301rence pour l’e\u0301lectrode positive de l’e\u0301lectrolyseur MEP\u00a0\u00bb , souligne Christophe Turpin. Il est essentiel de de\u0301velopper le recyclage, voire de s’affranchir de ces mate\u0301riaux. L’e\u0301lectrolyseur AEM, de\u0301veloppe\u0301 par la start-up allemande Enapter, pourrait apporter une solution, car, sans me\u0301taux pre\u0301cieux, il combine e\u0301lectrolyse alcaline et technologie MEP.<\/p>\n

2\/ Stocker efficacement et en toute se\u0301curite\u0301<\/b><\/p>\n

Un litre d’hydroge\u0300ne gazeux repre\u0301sente, a\u0300 tempe\u0301rature et pression ambiantes, une masse de 83 mg a\u0300 peine. Pour en stocker ne serait-ce que 5 kg, il faudrait un ballon de 5 me\u0300tres de diame\u0300tre. C’est pourquoi les rares stations-service qui proposent a\u0300 leurs clients de l’hydroge\u0300ne le de\u0301livrent sous forme fortement comprime\u0301e, a\u0300 pre\u0300s de 800 bars de pression.<\/p>\n

Mais cette petite mole\u0301cule a une autre faculte\u0301: celle de se glisser partout. \u00ab\u00a0Les re\u0301servoirs des ve\u0301hicules doivent e\u0302tre a\u0300 la fois re\u0301sistants et e\u0301tanches. C’est pour cela qu’ils sont multicouches\u00a0\u00bb, explique Fermin Cuevas, chercheur a\u0300 l’Institut de chimie et des mate\u0301riaux Paris-Est (ICMPE). Une couche de mate\u0301riau polyme\u0300re assure l’imperme\u0301abilite\u0301, tandis qu’une autre, de fibre de carbone me\u0301lange\u0301e a\u0300 de la re\u0301sine e\u0301poxy, apporte la rigidite\u0301.<\/p>\n

Il faut compter 50 kg de fibre de carbone (a\u0300 30 euros le kg) pour un re\u0301servoir standard de 120 litres, soit pre\u0300s de 1.500 euros, et rajouter une somme e\u0301quivalente pour la fabrication. Quant au remplissage du contenant, il revient a\u0300 pre\u0300s de 3 euros le kg d’hydroge\u0300ne… \u00ab\u00a0Comprimer me\u0301caniquement a\u0300 700 bars ne\u0301cessite l’e\u0301quivalent de 15 % de l’e\u0301nergie que peut fournir l’hydroge\u0300ne\u00a0\u00bb, pre\u0301cise Fermin Cuevas.<\/p>\n

Autre proble\u0300me: ce gaz s’enflamme facilement et bru\u0302le rapidement. Pre\u0301venir toute fuite exige une maintenance rigoureuse des syste\u0300mes de remplissage et de leurs jonctions (vannes, joints). Une solution serait de porter l’hydroge\u0300ne a\u0300 l’e\u0301tat liquide. Mais il faudrait le refroidir conside\u0301rablement, puisque son point d’e\u0301bullition (sous forme de dihydroge\u0300ne) se situe a\u0300 – 252,8 \u00b0C. Un proce\u0301de\u0301 re\u0301serve\u0301 au spatial.<\/p>\n

C’est pourquoi les recherches se portent sur de nouveaux modes de stockage. \u00ab\u00a0Certains mate\u0301riaux peuvent absorber l’hydroge\u0300ne puis le libe\u0301rer. Et ce, a\u0300 tempe\u0301rature ambiante et pression mode\u0301re\u0301e\u00a0\u00bb, souligne Fermin Cuevas. Son e\u0301quipe e\u0301tudie des mate\u0301riaux me\u0301talliques forme\u0301s de combinaisons d’e\u0301le\u0301ments chimiques en diffe\u0301rentes proportions. Le gaz (sous forme de dihydroge\u0300ne), mis sous pression a\u0300 10 bars, se dissocie en atomes d’hydroge\u0300ne qui s’inse\u0300rent spontane\u0301ment dans le mate\u0301riau. Lorsqu’on rela\u0302che la pression, aux alentours de 2 bars, l’hydroge\u0300ne est libe\u0301re\u0301. Le gaz se reforme et va alimenter par exemple une pile a\u0300 combustible.<\/p>\n

Un de\u0301monstrateur de 50 kg a e\u0301te\u0301 de\u0301veloppe\u0301 dans le cadre du projet europe\u0301en HyCare. L’expe\u0301rience a pris fin en 2023, mais les recherches se poursuivent en France (programme Solhyd). Certaines e\u0301quipes explorent d’autres pistes, comme l’ammoniac ou les LOHC, mole\u0301cules organiques liquides, e\u0301galement capables de capter et de rela\u0302cher l’hydroge\u0300ne.<\/p>\n

3\/ Utiliser durablement les piles a\u0300 combustible<\/b><\/p>\n

Une pile a\u0300 combustible c’est, sche\u0301matiquement, un e\u0301lectrolyseur utilise\u0301 a\u0300 l’envers. Cette fois, on apporte l’hydroge\u0300ne vers une e\u0301lectrode, et de l’air (contenant de l’oxyge\u0300ne) vers l’autre e\u0301lectrode. Re\u0301sultat: l’hydroge\u0300ne se dissocie en un flux d’e\u0301lectrons, qui est capte\u0301, et de protons (H+), qui vont se combiner avec l’oxyge\u0300ne de l’air pour former de l’eau, le tout assorti d’un de\u0301gagement de chaleur.<\/p>\n

Les premie\u0300res piles ont e\u0301te\u0301 mises au point au de\u0301but du 19e sie\u0300cle. Mais le succe\u0300s du moteur a\u0300 pe\u0301trole les a e\u0301clipse\u0301es. Les technologies re\u0301centes ont relance\u0301 leur inte\u0301re\u0302t. Il en existe de toutes les tailles. Les plus grandes, base\u0301es sur la technologie dite a\u0300 oxyde solide, sont statiques et alimentent en e\u0301lectricite\u0301 des sites industriels ou parfois des immeubles, comme au Japon. D’autres, plus petites, dote\u0301es d’une membrane e\u0301changeuse de protons (PEMFC), e\u0301quipent des ve\u0301hicules le\u0301gers, telle la Toyota Mirai, lance\u0301e en 2014. Annonce\u0301e aujourd’hui a\u0300 partir de 73.000 euros sur le site franc\u0327ais de Toyota, sa diffusion reste confidentielle. La Hyundai ix35, sa contemporaine, et plus re\u0301cemment une Peugeot Expert a\u0300 hydroge\u0300ne, sont exploite\u0301es notamment par la socie\u0301te\u0301 de taxis Hype a\u0300 Paris.<\/p>\n

\u00ab\u00a0L’enjeu est de passer des ve\u0301hicules individuels, avec des piles qui peuvent fonctionner quelques milliers d’heures, a\u0300 des transports lourds ope\u0301rant pendant des dizaines de milliers d’heures\u00a0\u00bb , soulignent Sylvie Escribano et Fabrice Micoud, inge\u0301nieurs-chercheurs au CEA au sein du laboratoire Liten a\u0300 Grenoble, ou\u0300 l’on e\u0301tudie les piles a\u0300 combustible, de l’e\u0301chelle atomique des mate\u0301riaux qui les constituent a\u0300 celle du syste\u0300me complet.<\/p>\n

En matie\u0300re de transports lourds, un TER a\u0300 hydroge\u0300ne est annonce\u0301 pour 2026. Il circulera dans les re\u0301gions Auvergne-Rho\u0302ne-Alpes, Bourgogne-Franche-Comte\u0301, Grand Est et Occitanie alors que les trains du groupe franc\u0327ais Alstom circulent de\u0301ja\u0300 en Allemagne depuis 2022. Il s’agit de trains bi-mode, qui peuvent s’alimenter en e\u0301lectricite\u0301 via les cate\u0301naires ou en hydroge\u0300ne quand les lignes ne sont pas e\u0301lectrifie\u0301es, ce qui permet de remplacer les polluantes locomotives diesel.<\/p>\n

Ces moyens de transport arrivent lentement sur le marche\u0301, l’objectif restant d’ame\u0301liorer les performances et la longe\u0301vite\u0301, mais aussi de re\u0301duire les cou\u0302ts. \u00ab\u00a0Il faut mai\u0302triser les conditions de fonctionnement dans les syste\u0300mes et les mate\u0301riaux. Par exemple, dans les piles, nous e\u0301tudions la couche active, la\u0300 ou\u0300 se passent les re\u0301actions e\u0301lectrochimiques. Les particules de platine qui servent de catalyseur sont de\u0301pose\u0301es sur une structure de carbone. Il faut faire en sorte que les protons et les gaz re\u0301actifs y acce\u0300dent le mieux possible. Nous cherchons a\u0300 de\u0301velopper les meilleurs mate\u0301riaux et a\u0300 mai\u0302triser les proce\u0301de\u0301s de fabrication\u00a0\u00bb, pre\u0301cisent les scientifiques.<\/p>\n

Le cou\u0302t des mate\u0301riaux reste un obstacle majeur. Pour une seule pile, il faut compter de quelques dizaines a\u0300 une centaine de grammes de platine… a\u0300 29.000 euros le kilo. Et la membrane est facture\u0301e plusieurs centaines d’euros le me\u0300tre carre\u0301. Sachant qu’une pile, comme un e\u0301lectrolyseur, est constitue\u0301e d’un \u00ab\u00a0stack\u00a0\u00bb un empilement de nombreuses couches, chacune constitue\u0301e des e\u0301lectrodes et d’une membrane.<\/p>\n

Une ve\u0301ritable filie\u0300re de recyclage de ces piles devra se mettre en place. \u00ab\u00a0Dans les facteurs limitant l’innovation technique aujourd’hui, il y a aussi le manque de retour d’expe\u0301rience, en particulier sur la durabilite\u0301 a\u0300 long terme des syste\u0300mes PEMFC\u00a0\u00bb, concluent Fabrice Micoud et Sylvie Escribano.<\/p>\n

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Africa-Press – CentrAfricaine. C\u2019est le tout premier e\u0301le\u0301ment dans le tableau de Mendelei\u0308ev, le plus le\u0301ger, celui qui est apparu imme\u0301diatement apre\u0300s le Big Bang et qui constitue encore les immenses nuages de gaz qui parse\u0300ment l\u2019Univers et ou\u0300 se forment les e\u0301toiles. 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