HYDROGÈNE ET LAVOISIER

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          Lavoisier et son épouse  

 L'hydrogène fut reconnu comme une substance distincte en 1776 par Henry Cavendish (1731 -1810). Antoine Lavoisier (1743 - 1794) lui donna son nom hydrogène qui vient du grec hudôr, « eau » et gennen, « générer ».

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L'atome d'hydrogène est composé d'un proton et d'un électron. C'est donc le plus léger atome existant.

Sur terre et hormis les composés avec d'autres atomes, il se présente le plus souvent sous la forme d'un gaz soit le dihydrogène (H₂). L'hydrogène est présent dans de nombreuses molécules notamment l'eau (H₂O) le sucre, les protéines et les hydrocarbures.

Il est également le principal constituant du Soleil et de la plupart des étoiles, dont l'énergie provient de réactions de fusion thermonucléaire de l'hydrogène. Il est à ce titre considéré comme le carburant de l'avenir.            

L'hydrogène est un métal. Lorsqu'il est sous forme solide à très hautes pressions et très basses températures, il cristallise avec une liaison métallique

La liaison métallique est un type de liaison qui permet la cohésion des atomes d'un métal. Ces atomes mettent en commun un ou plusieurs électrons appelés « électrons libres ». Ce sont ces électrons qui permettent la conduction électrique ou de la chaleur.

Par conséquent, dans le tableau périodique des éléments, il est d'ailleurs dans la colonne des métaux alcalins mais n'étant pas présent à l'état solide sur Terre, il n'est toutefois pas considéré comme un métal en chimie.

     Cavendish et ses équipements              

L'hydrogène peut être produit de plusieurs façons :

- l'action de la vapeur sur du carbone à haute température,

- le craquage des hydrocarbures (cracking en anglais) opération qui consiste à casser une molécule organique complexe en éléments plus petits, notamment des alcanes et des alcènes. Les conditions de température et de pression, ainsi que la nature du catalyseur sont des éléments déterminants du cracking. Dans les raffineries de pétrole, le craquage vient compléter la distillation des produits les plus lourds.

Une des méthodes de fabrication industrielle de dihydrogène est le vapocraquage d'hydrocarbures :

C₃H₈ + 6 H₂O → 10 H₂ + 3 CO₂

Le vapocraquage se fait sans catalyseur, mais en présence de vapeur d’eau, à une température de l’ordre de 800°C et sous une pression voisine de un bar. 

- par la chaleur, l'action de la soude ou de la potasse sur l'aluminium, l'électrolyse de l'eau ou par de son déplacement depuis les acides par certains métaux. Certains microorganismes notamment les micro algues, cyanobactéries et bactéries sont également capables de produire de l'hydrogène, à partir d'énergie solaire ou de biomasse.

L'hydrogène brut disponible dans le commerce est généralement fabriqué par décomposition du gaz naturel.

Des larges quantités d'hydrogène sont nécessaires dans l'industrie, notamment dans les procédés appelés Haber-Bosh de production de l'ammoniac, l'hydrogénation des graisses et des huiles et la production de méthanol. D'autres utilisations de l'hydrogène sont :

• la fabrication de l'acide chlorhydrique, le soudage, les carburants pour fusées et la réduction de minerais métalliques.

• l'hydrogène liquide (LH2) est utilisé pour les recherches à très basses températures, y compris l'étude de la supraconductivité.

• l'hydrogène était utilisé dans les ballons car il est quatorze fois plus léger que l'air.

• le deutérium (²H) est utilisé dans les applications nucléaires comme modérateur pour ralentir les neutrons. Les composés du deutérium sont aussi utilisés en chimie et en biologie pour étudier ou utiliser l'effet isotopique.

• le tritium (³H), un autre isotope, est produit dans les réacteurs nucléaires et est utilisé pour la construction de bombes atomiques. Il est également utilisé comme un marqueur isotopique dans les biosciences et comme source de radiation dans les peintures luminescentes.

• Les piles à combustibles ne sont pas une technologie rentable actuellement car elles sont dotées de mousse de platine très onéreuse

LE CARBURANT HYDROGÈNE

L'hydogène est considéré comme le prochain carburant après le pétrole mais il est considéré comme très dangereux du fait de son caractère extrêmement inflammable. L'histoire de son utilisation dans les ballons dirigeables est parsemée d'accidents graves.

La catastrophe du Hindenburg est le plus célèbre accident aéronautique survenu le 6 mai 1937, sur l'aéroport de Lakehurst non loin de New York. Au cours de cet accident, le dirigeable allemand Hindenburg, gonflé avec 200 000 m³d'hydrogène, a pris feu, provoquant la mort de 35 personnes parmi les 97 qui étaient à bord. Ce drame a sonné le glas des vols de dirigeables commerciaux.

L'incendie du zeppelin Hindenburg est très facilement, et un peu rapidement, attribué à la présence d'hydrogène alors qu'en fait  l'hydrogène très peu dense s'est échappé très rapidement au percement de l'enveloppe. C'est l'enveloppe en acétate du dirigeable qui a été le véritable combustible cause des flammes spectaculaires.
A l'origine le dirigeable devait être rempli d'hélium, gaz non-inflammable mais les U.S.A ont imposé à l'Allemagne nazie, un embargo sur l'hélium.

Dans cet accident se trouve l'origine du « syndrome du Hindenburg » soit la peur de l'hydrogène. Une conséquence directe a été l'appellation « gaz à l'eau » du gaz de ville distribué provenant des cockeries avant l'arrivée du gaz naturel. Ce « gaz à l'eau » était constitué à 96 % d'hydrogène. Mais le terme hydrogène aurait handicapé la distribution de ce gaz au profit du gaz naturel .

Accédez à l'histoire détaillée de cette catastrophe: http://www.nlhs.com/tragedy.htm

Le développement des voitures à hydrogène, nécessitant des réservoirs de ce gaz compressé à haute pression de l'ordre de 900 à 1000 bars semble encore handicaper par le « syndrome du Hindenburg » qui limite l'acceptation de cette technologie par les populations. Pourtant  de nombreux essais de chocs d'écrasement sur des prototypes de réservoirs à hydrogène faits pour simuler des accidents de véhicules démontrent que l'hydrogène très léger s'enfuit très rapidement sans s'enflammer. L'incendie n'est donc pas la pierre d'achoppement de ce système. En revanche, l'électrolyse de l'eau pour produire en masse de l'hydrogène n'est pas encore possible technologiquement. La seule technologie disponible  pour produire de l'hydrogène en masse est le craquage du pétrole ! La présidence des U.S.A a choisi en fin 2005 d'investir dans les recherches en hydrocarbure pour préparer l'avenir énergétique des U.S.A. Un répit pour l'industrie du pétrole défendue par le clan Bush ?

 Le Congrès américain a ainsi débloqué trois milliards de dollars sur cinq ans pour la recherche dans ce domaine et l'industrie privée, notamment automobile, a suivi. Le carburant  hydrogène possède en théorie un atout majeur : il produit de l'eau là  où gaz, pétrole et charbon rejettent des éléments polluants.

LES AUTRES DANGERS DE L'HYDROGÈNE

 Une  nouvelle étude de l'Institut de Technologie de Californie (CalTech) vient quelque peu ternir cette image idéale. En effet, selon Tracey  Tromp et ses collègues, avec les techniques actuelles de production, de stockage et de transport, le remplacement intégral de la filière des énergies fossiles par l'hydrogène occasionnerait des fuites dans  l'atmosphère de l'ordre de 10% à 20%. Le scénario, dès lors, est le suivant : l'hydrogène, léger, atteint rapidement la haute atmosphère, triplant le nombre de molécules présentes, et réagit avec l'oxygène pour former de l'eau. A cette altitude, la multiplication des molécules d'eau perturbe la chimie de l'ozone et provoque l'accroissement du trou au-dessus des deux pôles terrestres. Les chercheurs ont ainsi évalué la perte de la couche d'ozone à plus de 8%. Accédez à leurs explications laconiques:

Mais ces travaux portent bien  entendu à controverse et laissent sceptiques plus d'un. La porte-parole du Département de l'Energie, Jeanne Lopatto, estime de son côté qu'ils peuvent aider "à mieux tenir compte des effets de l'hydrogène et  à développer des systèmes de production, de stockage et de transport plus efficaces". LAT 12/06/03 (Group : hydrogne fuel cells may hurt ozone)

 http://www.latimes.com/news/science/la-sci-briefs14.1jun14,1,3613712.story?coll=la-news-science  

  L'hydrogène réagit aussi violemment avec le chlore pour former de l'acide chlorhydrique (HCl) et avec le fluor pour former de l'acide fluorhydrique (HF). L'eau lourde (D₂O) est toxique pour de nombreuses espèces ; mais la quantité nécessaire pour tuer un être humain est substantielle. L'hydrogène mélangé à de l'oxygène dans les proportions stoechiométriques est un explosif puissant. Le dihydrogène dans l'air est un mélange détonnant lorsque le rapport volumique H₂ / air est compris entre 13 et 65%.

L'HYDROGÈNE EN PILULE ?

Une start-up danoise issue de l'Université Technique propose un moyen de stockage de l'hydrogène qui semble révolutionnaire. En effet, l'hydrogène est stocké dans des pilules qui restent stables et sont utilisables à température ambiante. Aucune perte d'hydrogène n'est constatée, le stockage reste peu onéreux et est particulièrement dense. La société clame un principe de stockage/déstockage efficace et rapide.

Stockage simple de l'hydrogène : une affaire à suivre

Tout simplement magique, il s'agirait d'un moyen particulièrement simple de transporter et d'utiliser l'énergie sous forme d'hydrogène. La société reste discrète sur les techniques utilisées. Le ministère de l'énergie américain a donné comme objectif pour 2015 de disposer d'un moyen de stockage fournissant 9 MJ/l. Avec la solution évoquée, la start-up dépasse cet objectif en proposant 13 MJ/l.

"Lavoisier (1743-1794) est l'un des génies sacrifiés par une révolution non plus éclairée mais folle"
Frédéric Fabre

Le 26 août 1743: Antoine Lavoisier naît à Paris. Il est le fils d’un procureur au Parlement. Ayant perdu sa mère très tôt, il est élevé, ainsi que sa jeune sœur, par sa grand-mère maternelle puis par sa tante restée célibataire.

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