L’hydrogène est un gaz qui fait beaucoup parler de lui en ce moment. Nous avons donc décidé de dégrossir le sujet afin que vous puissiez y voir plus clair !
Table des matières
Qu’est-ce que l’hydrogène ?
Définition scientifique de l’hydrogène
L’hydrogène est un gaz invisible, non toxique et inodore. Il s’avère que l’hydrogène est un élément plus présent que ce que l’on pourrait penser puisqu’il s’agit de l’élément le plus abondant sur terre. On le retrouve notamment dans l’eau, l’une des molécules indispensables à la vie.
L’hydrogène (H₂) est également le premier élément présent dans le tableau périodique. D’ailleurs, l’hydrogène est le principal constituant du soleil et la plupart des étoiles. Fait intéressant concernant l’hydrogène, il s’agit de l’élément le plus simple et surtout le plus léger dans l’univers puisqu’il est 14 fois plus léger que l’air !
Malgré son abondance, l’hydrogène reste un élément qui n’est pas ou peu présent à l’état brut dans la nature. Il nécessite donc l’intervention humaine pour l’extraire et pour pouvoir s’en servir en tant qu’énergie.
L‘histoire de l’hydrogène
La première fois que l’hydrogène est « remarqué » par la science, nous sommes au début du 16ème siècle. C’est l’alchimiste Paracelse qui fit ses premières remarques sur ce « gaz inodore ».
Ce n’est qu’en 1703 que l’inflammabilité du gaz est mise en évidence et qu’il sera nommé « hydrogène » – ou gaz qui produit de l’eau.
A partir de 1782 l’hydrogène sera utilisé comme gaz pour gonfler les ballons dirigeables. A cette époque, l’hydrogène était le gaz de choix pour gonfler les ballons dirigeables & les montgolfières. En 1937, est survenu le tristement célèbre accident du Hindenburg qui a poussé à remplacer l’hydrogène par de l’hélium.
L’hydrogène sera introduit dans différents secteurs industriels dès le début du 19ème siècle, notamment dans la chimie, dans les secteurs énergétiques pour l’éclairage, les alimentations domestiques de gaz de ville, etc… Il s’agit, de nos jours, d’un élément très utilisé dans l’industrie pour ses propriétés chimiques ainsi que ses performances énergétiques.
A quoi sert l’hydrogène ?
L’hydrogène a plusieurs utilités. Pour ses propriétés chimiques, on le retrouve par exemple dans la fabrication de certains produits comme l’ammoniac, on l’utilise dans le raffinage du pétrole, dans certains traitements de surface des métaux ou encore dans la fabrication du verre.
Pour ses propriétés physiques, l’hydrogène est également utilisé comme carburant. Il s’agit d’une source d’énergie que l’on retrouve notamment dans deux procédés distincts :
- La pile à combustible : elle permet de convertir une énergie « chimique » de combustion pour le transformer en énergie électrique. Généralement, les piles à combustibles utilisent de l’hydrogène ou un combustible hydrogéné et on finit par les appeler « piles à hydrogène ».
- Le moteur à combustion interne : il s’agit d’un moteur qui permet d’obtenir un travail mécanique grâce à un gaz en surpression obtenu par combustion. Et comme son nom l’indique, la combustion d’un moteur à combustion interne se fait en interne ! Ce qui permet de réduire une grande partie des rejets de gaz dans l’atmosphère.
Comment est produit l’hydrogène ?
Comme nous l’avons expliqué plus haut, l’hydrogène est un gaz peu dense. De ce fait, pour être utilisé il doit être comprimé ou liquéfié. Cela nécessite donc une grande quantité d’énergie pour en créer. A ce jour, on distingue deux manières de produire de l’hydrogène :
Production d’hydrogène, quelles méthodes ?
Actuellement, l’hydrogène est principalement produit à partir de ressources fossiles. On parle notamment de gazéification de charbon de bois et de reformage.
Production d’hydrogène grâce au reformage : Le reformage du gaz naturel est un procédé très utilisé pour la production de l’hydrogène. Il s’agit de vapeur d’eau surchauffée (souvent chauffées grâce aux énergies fossiles) qui va permettre aux atomes de méthane de se séparer et de se réorganiser pour créer le de dihydrogène (H2) et du dioxyde de carbone.
Gazéification au charbon de bois pour obtenir de l’hydrogène : Dans cette méthode de production d’hydrogène, le charbon de bois est brûlé dans un réacteur à très haute température. Les gaz qui seront libérés donneront du dihydrogène (H2) et du monoxyde de carbone. C’est ce qu’on appelle la gazéification.
L’électrolyse : il s’agit d’une méthode qui va permettre de séparer les atomes de l’eau afin de récupérer d’un côté du dihydrogène (H2) et de l’autre de l’oxygène. Ce procédé fonctionne grâce à un courant électrique envoyé dans l’eau. L’électrolyse est donc une méthode qui nécessite l’utilisation de l’électricité comme source d’énergie pour extraire l’hydrogène. L’électrolyse peut être un moyen totalement « vert » de produire de l’hydrogène à partir du moment où l’électricité utilisée ne vient pas des énergies fossiles.
Quelles sont les normes et contraintes liées à la production d’hydrogène ?
Produire de l’hydrogène nécessite certains aménagements afin de garantir la sécurité des usines, de protéger l’environnement et de protéger les personnes qui travaillent dans ces environnements industriels.
Zonage ATEX : Le zonage ATEX est l’identification des zones où pourraient se former des atmosphères explosives. Il s’agit d’une mesure prise par l’employeur pour sécuriser au maximum l’environnement de travail. Le zonage ATEX permet donc de créer un environnement sécurisant et mettre en place des mesures organisationnelles pour les machines, les appareils électriques ou non-électriques afin d’éviter qu’ils deviennent une source d’inflammation potentielle.
Normes sur la tuyauterie industrielle pour la conduite d’hydrogène : La conduite d’hydrogène nécessite des réglementations particulières pour la tuyauterie. La norme M 58-003 met en place toute une réglementation autour des équipements de distribution d’hydrogène gazeux.
La norme M58-003 explique les applications où l’hydrogène est transporté, tant dans un environnement industriel que dans des lieux publics. Cette norme permet donc de mettre en place des procédures pour savoir :
- Installer les équipements de production d’hydrogène
- Comment installer les équipements fonctionnants à l’hydrogène
- Quels équipements spéciaux pour les machines distribuant de l’hydrogène
- Comment concevoir des récipients de stockage d’hydrogène, ainsi que les tuyauteries et les accessoires qui y sont liés
Classement ICPE recommandations INERIS : Ces classements et norment permettent d’encadrer l’utilisation et la production d’hydrogène pour l’environnement suite au « Décret n° 2014-285 du 3 mars 2014 modifiant la nomenclature des installations classées pour la protection de l’environnement ».
Quels sont les risques liés à la production d’hydrogène ?
L’hydrogène, gaz inflammable, comporte certains risques qu’il faut prendre en compte lors de sa production. Voici une liste des éléments à surveiller concernant les risques liés à l’hydrogène.
- Inflammation : l’hydrogène est un combustible qui peut s’enflammer au contact d’un comburant (oxygène pur, air enrichi, air naturel, …) afin d’éviter l’inflammation, il faut un dosage de comburant/combustible maîtrisé. La LIE (limite inférieure d’explosivité) est un mélange qui ne contient pas suffisamment de combustible pour s’enflammer. La LSE (limite supérieure d’explosivité) est un mélange ne contenant pas assez de comburant pour s’enflammer. Entre les deux, cela comporte donc des risques.
- Feu torche : un feu de torche est un phénomène généralement produit par l’inflammation d’un jet de combustible gazeux (type hydrogène). Une flamme va alors se former et durer le temps de la fuite.
- Explosion : l’explosion est évidemment un gros risque du la production d’hydrogène. Il en existe deux sortes : physique et thermique. L’explosion physique est généralement produite lors d’une surpression du gaz dans un contenant ou un réservoir. L’explosion thermique, est quant à elle, issue d’une inflammation du combustible mélangé à un comburant en proportions favorisant une surpression.
L’hydrogène, l’énergie de demain ?
L’agence Internationale de l’Énergie présente l’hydrogène comme l’énergie du futur, indispensable à la transition énergétique, et ce depuis 2019. Sur le papier, c’est un gaz qui a tout pour lui dans la transition énergétique : aucun rejet de CO2. Mais est-ce si simple ?
L’hydrogène comme énergie propre
Dans notre précédent article sur l’hydrogène, nous avons évoqué les différents modes de production : Reformage, Gazéification au charbon de bois & Electrolyse. Actuellement, plus de 95% de l’hydrogène est produit avec des énergies fossiles ou des hydrocarbures.
Même si l’hydrogène permet d’avoir un « carburant » avec aucun rejet de CO2 et qui permet de réduire pollution atmosphérique, on considère que pour avoir un hydrogène vert il faut que son mode de production soit « propre » également. C’est-à-dire que l’énergie utilisée pour produire l’hydrogène provienne d’énergies renouvelables pour avoir la boucle la plus vertueuse possible.
Actuellement, l’hydrogène vert n’est que peu produit et donc peu utilisé dans la transition énergétique. Cependant, cet hydrogène vert produit à partir d’énergies renouvelables serait une des meilleures solutions connues à ce jour pour décarboner nos industries et nos économies. Pour résumer l’hydrogène n’est pas encore une solution 100% écoresponsable mais est en bonne voie de le devenir et pourrait bien être une réponse à la transition énergétique.
L’hydrogène dans la transition énergétique
L’hydrogène peut prendre plusieurs places dans la transition énergétique. Il s’agit d’un gaz offrant de multiples possibilités, et en voici quelques exemples :
Power to power : « Grâce aux piles à combustible, il peut être utilisé pour produire et stocker de l’électricité décarbonée. »
Power to mobilité : Ce qu’on appelle « power to mobility » c’est l’idée que l’hydrogène peut décarboner les transports. L’hydrogène peut être une source de carburant vert pour les différents types de transport (routier, ferroviaire, maritime et aviation).
Power to industry : L’hydrogène est une ressource qui peut être utilisée comme énergie dans les secteurs industriels -d’où l’appellation « power to industry ». Dans deux cas de figures l’hydrogène est intéressant pour la transition énergétique des industries :
- Pour l’alimentation globale des usines en énergie
- Pour décarboner certains procédés industriels pour la production qui utilisent actuellement encore des énergies fossiles.
Power to gas : Ce qu’on appelle le « power to gas » est la faculté de valoriser tous les surplus d’énergie en les injectant dans le réseau de gaz naturel ou en les transformant en chaleur, électricité ou carburant sous la forme de méthane de synthèse.
Pour conclure, l’hydrogène est un gaz qui a sa place dans la transition énergétique sous certaines conditions, notamment le fait de provenir d’énergies renouvelables. L’hydrogène met en perspective la possibilité d’une énergie 100% verte.
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