L'Hydrogène et son rôle dans la société future

Beaucoup pensent que l'hydrogène sera l'élément central de notre consommation énergétique dans le siècle qui vient. En effet plusieurs technologies utilisant l'hydrogène sont en développement, qui paraissent prometteuses pour l'avenir. Je vais donc faire le point sur cet élément, sur sa production et sur les technologies qui l'utilisent.

L'hydrogène est tout simplement l'élément le plus courant dans l'univers (environ 70% de la matière totale), il ne risque donc pas d'y avoir de problèmes de ressources. C'est en effet l'élément le plus simple qui existe. On trouve l'hydrogène partout dans notre environnement. C'est un des constituants principaux de l'eau, de la matière organique et donc du bois, des êtres vivants, du pétrole, du plastique, mais aussi dans certaines roches. L'hydrogène est présent en majorité lié avec d'autres constituants comme l'oxygène dans l'eau ou le carbone dans les hydrocarbures, et sa forme gazeuse, H2, est plutôt rare. Il existe plusieurs isotopes de l'hydrogène, c'est à dire atomes ayant des poids et caractéristiques physiques différents mais des caractéristiques chimiques identiques : le protium est l' hydrogène le plus courant, le deutérium et le tritium sont les deux sortes d'hydrogène lourd, le tritium étant radioactif. Ces deux éléments sont présents sur terre en petite proportions (0,015% pour le Deutérium, des traces pour le Tritium), mais en très grande quantité vu la masse d'hydrogène existante.

L'hydrogène peut être produit industriellement soit à partir des hydrocarbures, ce qui représente 90% de la production actuelle, soit à partir de l'eau. La production à partir d'hydrocarbures émet du CO2, la même quantité que si les hydrocarbures étaient brûlés, et consomme de l'énergie. Elle n'a donc aucune utilisé sur le plan énergétique ou climatique, mais est peu coûteuse. La production à partir de l'eau, elle est plus intéressante. C'est la méthode utilisée en Islande, où le parc automobile et surtout les transports en commun roulent déjà en partie grâce à l'hydrogène.

Cet hydrogène peut être produit soit par photolyse, soit par thermolyse soit par électrolyse de l'eau. C'est à dire que l'on détruit l'eau, soit grâce à la lumière, soit par la température, soit par l'électricité pour séparer l'hydrogène de l'oxygène et former les gaz H2 et O2. L'électrolyse est la méthode la plus simple, mais elle a un rendement faible. Elle est utilisée en Islande ou l'électricité est produite grâce à la géothermie, l'île étant très volcanique.

L'hydrogène peut être utilisé de deux manières pour faire avancer les véhicules : soit par combustion soit par le biais de piles à combustible. Dans le premier cas la technique est simple : on fait brûler l'hydrogène pour entraîner un moteur comme dans le cas des véhicules à pétrole. Cette méthode à l'avantage de ne pas produire de CO2, mais produit de la vapeur d'eau. La vapeur d'eau a un rôle complexe comme je l'ai expliqué dans un précédent billet, et sa libération massive n'est pas très prudente. De plus la combustion de l'hydrogène en présence de diazote (70% de l'atmosphère) entraîne la production de NOx, qui est un gaz à effet de serre. L'hydrogène est donc moins polluant que le pétrole, mais ce n'est pas la panacée.

La pile à combustible est une méthode plus avantageuse. Le principe est d'utiliser l'affinité entre l'hydrogène et l'oxygène non pas pour émettre directement de la chaleur comme dans une combustion, mais pour émettre de l'électricité. Les deux éléments ne sont pas directement en contact, mais séparé par un catalyseur qui permet la fabrication d'électricité. Cette méthode ne produit que de la vapeur d'eau, mais est plutôt coûteuse car les piles doivent contenir du platine. Si cette technique s'impose, l'hydrogène ne sera pas utilisé comme source mais comme vecteur d'énergie : il sera produit à partir d'électricité et servira à fabriquer de l'électricité. Le gaz devra donc être transporté, stocké et redistribué comme c'est la cas du pétrole actuellement, et des centrales électriques devront être construites pour créer assez d'énergie pour faire fonctionner le parc automobile. L'hydrogène n'est donc toujours pas la solution idéale, car il nécessite une construction massive de centrales.

L'hydrogène n'est donc qu'une des solutions pour faire rouler nos futur véhicules, avec les véhicules électriques et à air comprimés. Ses avantages seront une meilleure autonomie et une meilleure performance, mais ses prix risquent d'être plus élevés, et des problèmes écologiques peuvent survenir, si on ne fais pas attention à tous les aspects de la production.

L'hydrogène pourrait aussi être utilisé dans la production d'électricité, mais ce sera alors une technique très différente : la fusion nucléaire, dont je parlerais très bientôt.

Image : un bus à pile à combustible
Source : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/db/Hydrogen_Bus_%28ICE%29_Berlin_2.jpg
Auteur : StralsundByzantion
Licence : GFDL