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Vers une production massive et économique d'hydrogène

8437 lectures / 17 commentaires10 avril 2009, 11 h 16

Second prototype de production d'hydrogèneSecond prototype de production d'hydrogène fonctionnant à 650°C et sous
100 bars. Les zooms montrent l'extérieur du cœur de la cellule
électrochimique ainsi que les passages métal-céramique.
crédit : AREVA NP/ IEM
Le recours à l'hydrogène comme vecteur énergétique propre est l'une des solutions pour répondre aux actuels défis énergétiques. Afin de produire ce carburant du futur, l'électrolyse de l'eau figure parmi les filières "écologiques" les plus prometteuses. Principal écueil : son rendement. Soucieux d'optimiser cette technique, des chercheurs de quatre laboratoires du CNRS (1), en collaboration avec les entreprises AREVA NP et SCT, sont parvenus, pour la première fois, à produire de l'hydrogène en quantité notable par une nouvelle méthode.

Leur technologie innovante, protégée par un brevet aujourd'hui rendu public, pourrait dans un avenir proche être développée à grande échelle et permettre d'obtenir de l'hydrogène, à moindre coût et surtout, sans émission de gaz à effet de serre.
Plus énergétique que le pétrole ou le gaz naturel, non polluant et non toxique, l'hydrogène pourrait progressivement suppléer les énergies fossiles et répondre à l'essentiel de nos besoins énergétiques. Problème : si l'atome d'hydrogène, lié à l'oxygène, est très abondant sous forme d'eau, les molécules d'hydrogène, elles, ne se trouvent pas à l'état pur. Le défi auquel s'attèlent les chercheurs est donc de produire de l'hydrogène, sans dégagement de dioxyde de carbone. Pour cela, l'électrolyse de l'eau, c'est-à-dire sa décomposition en hydrogène (H) et oxygène (O), est l'une des solutions envisagées. Aujourd'hui maîtrisée, cette technique présente toutefois des inconvénients majeurs : son rendement ne dépasse pas 80 %, son coût de production est trop élevé et certains matériaux utilisés polluants ou même dangereux.
Comment pallier ces défauts ? Pour y parvenir, plusieurs spécialistes ont, depuis 2004, réuni leurs expertises dans le cadre d'un programme de recherche sur la production massive d'hydrogène propre : quatre équipes de recherche se sont ainsi associées aux entreprises AREVA NP, filiale du groupe AREVA, et SCT, l'un des leaders mondiaux dans l'association métal – céramique.

Pour obtenir de l'hydrogène par électrolyse de l'eau avec un meilleur rendement, il faut chauffer : deux voies sont alors possibles. La première plus "traditionnelle" utilise la conduction par ions O2- tandis que la seconde s'appuie sur la circulation des protons (ions H+). Principal avantage de la voie protonique : elle requiert des températures plus faibles, de l'ordre de 600°C. À de telles températures, une bonne conductivité des protons peut être envisagée, tout en utilisant des matériaux peu onéreux et fiables. C'est pourquoi les scientifiques ont choisi d'explorer et d'optimiser cette voie.

Leur travail s'est déroulé en deux étapes : ils ont tout d'abord conçu un dispositif pour étudier in situ les matériaux constituant l'électrolyseur puis, ils ont mis au point deux électrolyseurs instrumentés, c'est-à-dire comportant entre autres, des capteurs de température, de pression, de mesure de l'intensité du courant produite. Les scientifiques ont ainsi pu déterminer avec précision les conditions requises pour obtenir de l'hydrogène en grande quantité et de façon fiable. L'une de leurs idées novatrices a été d'effectuer l'électrolyse sous pression (entre 50 et 100 bars). Et elle s'est révélée efficace… En effet, les principaux paramètres des électrolyseurs s'en sont trouvés améliorés : les premiers essais effectués permettent d'atteindre des quantités d'hydrogène notables, avec un niveau de courant bien supérieur à ce qui avait été fait précédemment par leurs concurrents étrangers travaillant sur la filière protonique. De plus, cette nouvelle technologie abaisse de près de 200°C la température de fonctionnement par rapport à la solution par conduction par ions O2-. Un dernier atout : en permettant l'usage d'alliages commerciaux, elle diminue le coût de l'hydrogène produit.Ce résultat, prometteur et capital pour l'avenir économique de la filière hydrogène, laisse espérer le développement de technologies rentables et économiques. Même si avant de produire de l'hydrogène massivement et à bas coût, des efforts sont encore nécessaires. Un travail de perfectionnement du dispositif est d'ores et déjà envisagé.

Notes

Ce travail a bénéficié du soutien d'AREVA NP et de l'ANR.
(1) Institut européen des membranes (IEM, CNRS / Université de Montpellier / ENSCM), Laboratoire de plasticité, endommagement et corrosion des matériaux (LPECM, CNRS / École des Mines de Saint-Étienne), Laboratoire de dynamique, interactions et réactivité (Ladir, CNRS / UPMC) et Laboratoire "Interfaces et systèmes électrochimiques" (Lise, CNRS).

Auteur

Centre National de la Recherche Scientifique

Les opinions exprimées dans cet article n'engagent que leur auteur et ne reflètent pas nécessairement celles de notre-planete.info

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17 commentaires

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avatar Fedy - 89400 -

C'est bien joli tout ça mais si ils utilisent l'eau pour la décomposer en oxygéne et en hydrogéne ça risque peut-être d'agraver le manque d'eau. Autrement dit, pour régler un probléme, ils vont en créer un autre ou plusieurs autres qu'ils n'auront pas prévu ou qu'ils ne voudront pas nous dire comme d'habitude....!

avatar Koen, France -

... ou comment noyer le poisson. Pour résumer les problèmes de la filière:
1. Coût de production élevé, généralement avec production de CO2, et à partir de produits fossiles (un double comble, si l'on veut proposer la filière comme alternative)
2. Pas de motorisation adaptée à cette source d'énergie
3. Pas de réseau de distribution existant
4. Beaucoup de difficultés pour stocker ce carburant
5. Moins de kWh par litre en hydrogène qu'en essence ou diésel.

Ce papier répond (partiellement au point 1., mais en rien aux points 2..5), donc ce n'est toujours pas une solution.
Et on ne sait toujours pas comment on va chauffer le réacteur d'hydrolyse? Au charbon

avatar Jp de Blois -

Les précedents commentaires sont exactes. Quelle énergie pour cette usine à gaz ?
Le stokage est toujours le gros défaut.
Et surtout, l'atmosphère remplie de vapeur... je pense qu'on va inventer de nouveaux problêmes !

avatar Crouau Castanet -

Qu'est-ce que c'est que ce site prétenduement écologique qui présente la fabrication d'hydrogène par électrolyse comme une technique écologique. C'est fou d'atteindre un tel niveau d'ignorance! l'électricité nécessitée par l'électrolyse sera fabriquée par quoi sinon par les centrales nucléaires (80% de l'électricité en France). Donc pour Notreplanète-info les centrales nucléaires (fabriquant des quantités énormes des pires poisons mutagènes donc cancérigènes qui dureront des dizaines de milliers d'années) sont un mode de fabrication d'énergie écologique. Mais qui sont les gens qui patronnent ce site?...

avatar Christophe Magdelaine -

@ Crouau Castanet : ce site a notamment pour objectifs de présenter des innovations, de susciter des réactions, d'attiser la curiosité, de dépasser ses propres connaissances et de remettre en cause certaines idées reçues. Que vous le vouliez ou non, la recherche est massivement portée sur l'hydrogène, à raison et à tort. Dans tous les cas, on ne peut l'ignorer.
Gardez-vous de faire des conclusions hâtives sur mes intentions, vous pourrez en savoir plus sur le site via ce lien : http://www.notre-planete.info/services/infosite.php

avatar Laurent 13 -

@ Crouau Castanet : non mais sérieusement vous n'avez pas honte de poster ce genre de commentaires !!!! A quel moment vous voyez que cette article "présente la fabrication d'hydrogène par électrolyse comme une technique écologique" ???? Cet article nous présente et nous explique une des solutions possibles à la substitution des énergies fossiles. Bien évidemment cette méthode n'est pas du tout encore au point mais petit à petit les chercheurs vont avancer dans leurs recherches et trouver des solutions j'en suis persuadé. Je trouve que vous allez très loin dans votre raisonnement : électricité-->centrales-->déchets-->pollution. J'espère quez vous n'utilisez pas d'électricité chez vous car sinon vous avez du culot de laisser ce genre de commentaires débiles qui ne sert à rien et à personne...

avatar Marc Devriendt - Luxembourg -

Moi je trouve cet article plutôt porteur d'espoir:
La chaleur, on peut la produire par exemple dans des régions désertiques et utiliser par de l'eau de mer (impropre à la consommation) acheminée par pipe-line.
De plus, la combustion de l'hydrogène produit de la vapeur d'eau, donc si on capte cette vapeur au niveau de l'échappement du moteur et qu'on la stocke dans un réservoir où elle va se condenser, on produit de l'eau douce...
Je ne suis pas scientifique mais ça ne me semble pas impossible... En tout cas, ça tord le cou aux idées négatives disant qu'on ne peut chauffer qu'avec des énergies polluantes et qu'on va aggraver la pénurie d'eau potable.

avatar Crouau Castanet -

Cher Monsieur Magdelaine,

Veuillez m'excuser pour l'énervement dont j'ai fait preuve dans ma réaction à l'article sur l'hydrogène. Les médias essayent à toute force de nous faire croire que l'énergie électrique est une énergie non polluante. "Votre" article va dans le même sens et donc renforce les idées reçues par l'intermédiaire de ces médias Ce qui n'est pas exactement le but de votre site, comme vous le dites vous-même.Je suis sûr que vous êtes vous-même suffisamment informé pour savoir que la fabrication d'hydrogène n'est pas une source d'énergie mais un moyen de stockage et de transport de l'énergie et que pour le fabriquer par électrolyse il faut consommer de l'énergie électrique, beaucoup d'énergie électrique. Pensez-vous que le fait que ces recherches soient patronnées par AREVA, 1° fabricant mondial de centrales nucléaires, soit le fait du hasard? L'un des projets d'AREVA est de faire de l'hydrogène le carburant de l'avenir pour les automobiles (autonomie plus grande qu'avec les batteries électriques ). Si l'on veut faire rouler le parc automobile actuel en utilisant l'hydrogène (comme d'ailleurs avec les batteries), cela impliquera la construction d'au moins une dizaine de centrales nucléaires supplémentaires en France. Avec tout ce que cela implique....Mais je ne vous apprend rien, au moins à vous Mr Magdelaine. C'est dommage que vous n'ayez pas ajouté une note en bas d'article faisant apparaitre ce problème. C'était le minimum. Mais peut-être n'êtes-vous pas d'accord avec moi sur le problème des centrales (je n'ai pas eu le temps d'aller là où vous me le suggériez mais je le ferez). L'impression que l'on a à la lecture de cet article , c'est qu'il a été repris dans un journal sans y apporter aucune remarque quant aux conséquences écologiques réelles et non déclarées. Et excusez-moi, mais votre lectorat est, quand on voit les messages, peu au courant de ces problèmes et prompt à prendre pour des réponses écologiques des solutions techniques qui sont tout sauf cela. Le brave Laurent13 est typique pour ne pas dire caricatural: il est persuadé que l'hydrogène est une source d'énergie au même titre que les énergies fossiles auxquelles elles pourraient se substituer....(mais il semble très jeune et de ce fait excusable). Le seul point sur lequel il a raison c'est que moi aussi j'utilise de l'électricité. Mais sachant "le cadeau" que je fais alors aux milliers de génération futures, je m'efforce d'en utiliser le moins possible...ce qui est je le reconnais une maigre consolation et je n'en sui pas fier. Ce qu'il y a de sûr, c'est que si l'on ne reconnait pas ce problème comme étant réel, on a aucune raison de s'efforcer de le résoudre par notamment son mode de vie. Et nos enfants auront un avenir radieux...

avatar Hercule poirot à Saint Dié -

Bonjour,

D'accord avec Monsieur Castenet !!

L'éléctrolyse existe depuis longtemps, et même si le procédé présenté perd moins d'énergie que ce qu'on faisait auparavant (environ 50 % de mémoire, à vérifier), AREVA présente un argument de plus pour fourguer le nucléaire.

à qd un réseu énergétique indépendant du nucléaire ?

Le grand avantage de l'hydrigène est, à mon sens, de pouvoir STOCKER la production énergétique des énergies renouvelables.
Car là est un des pb des ENR.

Donc, si on considère que l'hydrogène peut ouvrir une porte aux ENR, cela est toujours avec l'optique de consommer moins, de façon à adapter notre mode de vie aux ressources disponibbles, sans avoir recours au nucléaire ou autres infamies.
Laissons l'hydrogène aux ENR

Merci pour elles

avatar Baden à Paris -

Je ne vois pas où est le problème que ce soit AREVA qui fasse des recherches dans ce sens. Ce groupe a misé de l'argent sur une technologie afin d'en améliorer le rendement en s'associant à un des meilleurs centre de recherche au monde. Vous voulez quoi à la place des centrales nucléaires, de l'éolien? Quand on sait que 9 projets sur 10 tombent à l'eau soit parce que cela va à l'encontre des intérêts du ministère de la Défense et de l'Intérieur (couverture radar), soit parce que tout le monde veut des éoliennes mais pourvu que ce ne soit pas chez soi. On ne parle d'ailleurs jamais du coup de démantèlement des éoliennes qui est loin d'être négligeable (surtout si elles sont offshore). Et si on les mets loin des côtes, ce sont les pêcheurs qui vont ensuite venir râler parce que des zones de pêche vont devenir interdites.
Avec du solaire photovoltaïque? Mouais, il va encore falloir attendre que le rendement dépasse franchement les 20%
Je viens de citer là deux ENR du type intermittent ce qui veut dire qu'il va falloir avoir recours à du stockage massif d'énergie afin de gérer les flux d'électricité (l'électricité, tout comme l'hydrogène sont des vecteurs d'énergie sauf dans le cas de la combustion de l'hydrogène et de la fusion où l'hydrogène devient une source)

Pour en finir, heureusement que c'est AREVA, l'ASN et l'ANDRA (c'est-à-dire des entités françaises) qui gèrent les déchets nucléaires et pas des entités d'un autre pays, on peut au moins être assuré que le travail sera fait le mieux possible

avatar Bertrand Michel André -

Le billet de fedy mérite quand même une réaction: vous devriez estimer la quantité d'eau libre disponible sur terre ( méfiez-vous, il faura beaucoup de zéros !)

avatar Thierry à Grenoble -

Reprenons les choses simplement:
- comme il est rappelé dans des commentaires précédents, l'hydrogène n'est pas une source d'énergie mais un vecteur d'énergie
- la principale ressource d'hydrogène -le meilleur vecteur que l'on connaisse- est l'eau (H2O), qu'il faut décomposer, ce qui exige la disponibilité d'une source d'énergie.
- il n'existe que trois sources d'énergie: les fossiles, les renouvelables et le nucléaire
- les fossiles sont en voie de disparition et le nucléaire, pour solliciter une technologie "durable", doit attendre la fusion, prévisible en fin de siècle.
- ce seront finalement les renouvelables qui, dans un premier temps, pourront prendre le relai des fossiles moribonds, comme l'a bien vu Hercule Poirot, précédemment.
- mais la meilleure façon de les mettre en oeuvre n'est pas d'en coupler la production électrique au réseau EDF déjà en surcapacité sur l'année, comme on fait actuellement actuellement, mais de la transformer en hydrogène par électrolyse pour l'injecter dans le réseau de Gaz de France. Ce ne serait pas une révolution, rappelons-nous que le gaz de ville distribué partout en France jusqu'à la fin des années soixante, contenait 50% d'hydrogène! ... et il n'y avait pas plus d'accidents qu'aujourd'hui!

avatar THIERRY 69230 St-Genis-Laval -

illusion Hydrogène
_______________________________________
l'hydrogène n'existe pas dans la nature. Avant de fabriquer de l'électricité à partir de l'hydrogène, il faudra fabriquer de l'hydrogène à partir de l'électricité.
A ce jour, 95% de l'H2 fabriqué l'est à partir des produits fossiles, ce qui ne résout pas le problème.
S'il faut fabriquer l'H2 à partir des centrales nucléaires, et compte tenu des rendements, il faudrait tripler le nombre de centrales nucléaires!...
En effet, d'après les documents officiels MINEFI-DGEMP (direction générale de l'environnement et des matières premières), la consommation finale d'énergie électrique était en 2000 de 34 Mtep (millions de tonnes équivalent pétrole).
De même source, sur le graphique"consommation énergétique par secteur, on peut mesurer en 2000, 50 Mtep consommés par les transports.
On voit tout de suite que, même à rendement identique et sans tenir compte de l'énergie nécessaire pour la compression et l'acheminement de l'H2, un doublement des centrales nucléaires serait loin de pouvoir fournir l'H2 nécessaire aux transports.
Ne bercez pas vos lecteurs et, plus grave, vos élus d'illusions! Nous allons vers une crise majeure à laquelle il faut se préparer sans se cacher la tête dans le sable comme les autruches!
Sincèrement
Bernard THIERRY, ingénieur ICAM, président de DARLY

avatar Alex à Arc sur Tille -

Cet article est interessant quoi qu'en disent les inquiets. C'est sûr, il aurait du sortir dans les années soixantes! Si on avait mis beaucoup d'argent et de temps dans ce domaine, peut-être ne serions nous pas au pied du mur aujourd'hui. Mais l'argent fuit (parlons des milliards engendrés par les énergies fossiles), et maintenant ce sont les compagnies pollueuses qui "investissent" (il faut le mettre entre guillemets)! S'ils le font maintenant, c'est que des marchés s'ouvrent, car les gens ne veulent plus polluer. Personnellement, je me sens trahi quand je vois à quelle vitesse les constructeurs automobiles ont pu reduire la consommation de leurs véhicules, alors qu'ils auraient pu le faire bien avant. Tout est une question d'argent et de temps.

avatar Tristan de Toulouse -

Content de constater qu'à la suite de cet article "simpliste" et incomplet, il y a beaucoup de réactions constructives qui prouvent la qualité des lecteurs de ce site.
Je constate aussi que les modérateurs n'ont pas supprimé les commentaires les plus agressifs: cet absence de censure prouve la qualité du site qui, rappelons-le est GRATUIT.

Bravo à tous

Heureusement que vous avez précisé que l'hydrogène n'est PAS UNE SOURCE D'ENERGIE, mais un moyen de stockage.

Une précision tout de même: les véhicules futurs seront plus LEGERS et devraient donc consommer moins d'énergie au démarrage (voire en récupérer à la décélération pour l'électrique... quid de la pile à combustible...?) Il n'est donc pas certain qu'il faille doubler (ou tripler ?) le nombre de centrales nucléaires en France

avatar mathus france -

une seule solution : l'arret des politiques natalistes et le passage progressif à l'enfant unique en modifiant nos systémes de protection sociale tous dépendant de l'inflation humaine...

avatar Jacques-marie Moranne -

L'hydrogène un "moyen de stockage" d'énergie ? On rève :

Quelques chiffres :
- 1 kg d'hydrogène (équivalent calorifique de 2 l d'essence) occupe 12 m3 à température et pression ambiante.
- impossible à liquéfier à température ambiante, exhorbitant à liquéfier (-240°C) et à maintenir liquide
- gazeux : 25 kg d'hydrogène (l'équivalent énergétique d'un réservoir d'essence de 50 litres) occuperaient donc :
. 300 m3 à la pression atmosphérique
. 3 m3 à 100 bars (ce qui nécessiterait un réservoir pesant plusieurs tonnes (beaucoup plus lourd qu'une voiture)

C'est par ailleurs un gaz très dangereux (explosif en toutes proportions dans l'air)

Par aileurs, il est au moins aussi polluant à produire que l'électricité (puisqu'on le produirait par électrolyse), et beaucoup plus compliqué à transporter (à énergie égale)

Oublions l'hydrogène : c'est une fausse alternative énergétique à tous points de vue (mais c'est une pompe à subventions de l'Etat) !

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