17 juin - L’hydrogène

 

L’hydrogène est abondant dans l’univers et sur Terre combiné à d‘autres éléments, essentiellement dans l’eau. Il a été mis en évidence à l’état natif, depuis longtemps, dans les fluides hydrothermaux des dorsales medio-océaniques où il est généré par des phénomènes de serpentinisation des péridotites (roches basiques d’origine mantélique). Très récemment, des émanations naturelles d’hydrogène ont été décrites à terre par des géologues russes et confirmées par l’IFPEN. Sa présence au niveau d’un craton continental est expliquée par des phénomènes d’oxydation liés à des circulations d’eau chaude dans des massifs basiques à ultrabasiques, produisant du gaz qui pourrait s’accumuler dans des réservoirs aquifères d’où il pourrait localement s’échapper vers la surface. Si son existence à l’état natif paraît prouvée, l’intérêt économique associé reste encore à démontrer.

A l’heure actuelle, l’hydrogène est considéré comme un vecteur d’énergie, c’est-à-dire qu’il doit être produit à partir d’une source primaire grâce à un processus endothermique. La production mondiale est de l’ordre de 70 MT/an (~130MTep). 95% du volume est produit à partir de sources fossiles par des procédés maîtrisés (reformage à la vapeur de gaz naturel, gazéification du charbon) et à coût relativement bas (comparable à celui de l’essence à la sortie d’usine mais 3 à 5 fois plus cher après transport). Ces procédés présentent les inconvénients d’utiliser des ressources fossiles et d’être émetteurs de CO2. Une faible quantité d’hydrogène est produit par électrolyse de l’eau, procédé plus deux à trois fois plus couteux mais l’électricité utilisée peut avoir une origine décarbonée (nucléaire ou énergie renouvelable). D’autres procédés font l’objet de programmes de recherche : électrolyse haute température, gazéification de biomasse, activité de micro-algues…

L’hydrogène est couramment utilisé dans de nombreuses applications industrielles (métallurgie, verre, raffinage, électronique…) mais son usage dans le domaine de l’énergie est encore très limité (lancements spatiaux, pile à combustible). Il présente pourtant plusieurs intérêts : fort potentiel énergétique, pas d’émission de gaz à effet de serre associée, large distribution et il est stockable. Il paraît particulièrement adapté pour les transports et comme solution de stockage de l’électricité produite par des sources renouvelables et intermittentes (éolien, solaire). Son développement bute néanmoins sur plusieurs limites : il faut fortement le comprimer pour réduire son volume de stockage sous forme gazeuse. Il peut être stocké également à l’état liquide à très basse température (processus très énergivore) ou sous forme solide en utilisant des phénomènes d’absorption ou d’adsorption par un matériau. Les deux premières technologies sont lourdes et coûteuses, la troisième est encore au stade de la recherche.

Le gaz peut être transporté par gazoducs soit mélangé à du méthane soit seul (des réseaux exitent déjà en France, en Europe et en Amérique du Nord) ou par route. Comme tous carburants, la combustion de l’hydrogène présente des risques, illustrés par l’explosion de la navette Challenger en 1986, mais également des avantages du fait de sa rapide dispersion dans l’atmosphère. Par ailleurs, l’industrie a une grande expérience de l’utilisation de ce gaz.

La place de l’hydrogène dans le domaine de l’énergie devrait s’accroître, à moyen-long terme, dans les domaines des transports et du stockage de l’électricité produite par des sources renouvelables. Cet essor passe par des efforts de recherche importants sur les technologies de production et de stockage, sur les piles à combustible, pour aboutir à des solutions performantes et des coûts acceptables, et par la mise en place d’une filière industrielle et des infrastructures adaptées (production, transport, distribution, parc automobile…). Enfin, la valorisation d’accumulations d’hydrogène natif doit être examinée par des professionnels des géosciences associés à des industriels de la production.

 

Pour en savoir plus à la SGF :

- icon Les énergies - Comprendre les enjeux (147.65 KB), P. Mathis, éditions Quae, 2011, analyse de l’ouvrage par Géochronique, juin 2012
 

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- Site Association française de l’Hydrogène et les pikles à combustible - http://www.afhypac.org/fr/accueil
- Le di-hydrogène naturel, une réelle source d’énergie ou un buzz médiatique ? P. Thomas, ENS Lyon - http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/di-hydrogene-naturel-energie.xml
- L’hydrogène natif, une nouvelle source d’énergie ? Libération, avril 2013 - http://sciences.blogs.liberation.fr/home/2013/04/lhydrog%C3%A8ne-natif-une-nouvelle-source-d%C3%A9nergie-.html
- Hydrogène, énergie du futur ? M. Fontecave, N. Bardi, 2008 - http://www.canalacademie.com/ida2903-Hydrogene-energie-du-futur.html
- Hydrogène énergie, site Connaissance des énergies - http://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/hydrogene-energie
- L’Hydrogène, site Air Liquide - http://www.planete-hydrogene.com/fr/lhydrogene.html
- De l’hydrogène chimique à l’hydrogène énergétique (2005) et autres publications, Clefs CEA - http://www.cea.fr/energie/l-hydrogene-les-nouvelles-technologies-de-l-ene