Une voie prometteuse pour profiter de la fée hydrogène ?
Par Jean-Luc Goudet
Une
équipe française vient de mettre au point un procédé d'électrolyse de
l'eau sous pression. Faible prix de revient, absence de produits
polluants et possibilité d'une production en très grandes quantités :
la technique, brevetée, pourrait devenir une clé pour l'utilisation de
l'hydrogène comme vecteur d'énergie.
Faire
tourner des moteurs électriques, dans des voitures, des bus, des
trains, des avions, des usines, grâce à des piles à combustible
alimentées par de l'hydrogène stocké dans un réservoir : c'est une idée
explorée avec beaucoup d'énergie pour l'avènement d'une véritable
économie de l'hydrogène pour l'après-pétrole.
Il
suffit par exemple de le combiner à l'oxygène de l'air pour produire de
l'électricité et de l'eau. Mais ce gaz ultraléger, la Terre en est
chiche. Trop petite, notre planète n'a pas su le retenir, au contraire
des géantes comme Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. L'hydrogène ne
peut donc être pour nous qu'un vecteur d'énergie, au même titre que
l'électricité mais avec un avantage sur elle, celui d'un stockage moins
difficile. | 
L'un
des prototypes, fonctionnant à 800°C sous 50 bars. A gauche, on
remarque le système de gestion des gaz (vapeur d’eau, air et
hydrogène). Instrumenté, il a permis d'étudier dans le détail le
déroulement des réactions chimiques et des paramètres physiques. ©
Areva NP/ IEM |
L'une
des voies les plus pérennes de la production d'hydrogène est
l'électrolyse de l'eau. Avec beaucoup d'énergie, il est possible de
casser cette molécule pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène.
Transporté dans des citernes ou des pipelines, le gaz, sous haute
pression, liquéfié ou sous forme d'un composé chimique, sera accessible
un peu partout, par exemple dans des stations-service où s'abreuveront
des voitures électriques dont les piles à combustibles effectueront la
réaction inverse et rejetteront de l'eau.
Plusieurs techniques
coexistent mais il faut toujours chauffer et assurer au cœur de la pile
un échange d'ions issus de la réaction cassant la molécule d'eau, donc
soit des protons (H+) soit des ions oxygène (O2-). Pour de faibles
quantités, il est possible de recourir à une électrolyse à basse
température (vers 80°C). Pour des productions massives, envisageables
par exemple au niveau d'une centrale nucléaire, on pense plutôt à une
électrolyse à haute température, entre 600 et 1.000°C. Les procédés
actuellement à l'étude font généralement appel à des membranes en
céramique qui laissent passer les ions oxygène. Quel que soit le
procédé, il exige de très hautes températures et l'utilisation de
produits coûteux (platine), dangereux ou polluants (acides, sufates...).
L'un
des prototypes, fonctionnant à 800°C sous 50 bars. A gauche, on
remarque le système de gestion des gaz (vapeur d’eau, air et
hydrogène). Instrumenté, il a permis d'étudier dans le détail le
déroulement des réactions chimiques et des paramètres physiques. ©
Areva NP/ IEM
Recherche d'une technique à bas coût
Une
large équipe s'est attelée à la tâche de mettre au point un procédé
plus économique et plus fiable, constituée de quatre laboratoires du
CNRS et de deux entreprises, Areva (le premier industriel français du
nucléaire) et SCT (spécialisée dans les liaisons céramique-métal).
Leurs
résultats viennent d'être présentés et même brevetés. La technique mise
au point exploite la voie protonique, c'est-à-dire à échange d'ions
hydrogène H+. La principale idée consiste à travailler sous pression, à
50 ou 100 bars.
Après l'exploration de plusieurs possibilités,
l'équipe a réalisé deux prototypes et démontré la viabilité du procédé.
La haute pression réduit d'environ 200°C la température nécessaire et
améliore les paramètres critiques, notamment la consommation
d'électricité, donc le rendement. De plus, le dispositif fait appel à
des alliages métalliques du commerce, donc peu onéreux.
On est
encore loin d'usines de production d'hydrogène reliées à une centrale
nucléaire, un champ d'éolienne, un barrage ou une batterie de
récupérateurs de l'énergie des vagues ou des courants marins, mais la
voie est présentée comme prometteuse...
Novembre 2009
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