Les sources d'énergie électrique : la combustion du dihydrogène

Je me suis rendu compte qu'il y a encore une source d'énergie électrique dont je dois vous parler : la combustion du dihydrogène. Dans la littérature sur le sujet, on utilise souvent le mot "hydrogène" alors que l'on parle non pas de l'élément hydrogène, mais de la molécule H2, constituée de deux atomes d'hydrogène.

On y va !

I Lavoisier et la réaction d'électrolyse de l'eau

II La pile à combustible

III La société à hydrogène, un rêve à construire

I Lavoisier et la réaction d'électrolyse de l'eau

Lavoisier, chimiste du XVIIIème siècle, a réussi à montrer que l'eau n'était pas un élément, quelque chose d'indivisible. En public, il a fait une expérience dans laquelle il a réussi à disséquer de l'eau, qui ne laisse que deux gaz : l'un, qu'il a nommé oxygène, l'autre, qu'il a nommé hydrogène (1). Le chimiste en question a laissé des notes sur les réactions de décomposition de l'eau dans un texte intitulé Traité élementaire de chimie, publié en 1789 (2).

Aujourd'hui, la réaction la plus connue pour diviser de l'eau en ses constituants atomiques s'appelle l'électrolyse de l'eau. Seulement voilà, sans piles, Lavoisier avait beau être un chercheur très méthodique, il ne pouvait pas utiliser une telle technique.

Il faut attendre 1800 et la première pile pour voir naissance à l'électrolyse de l'eau (3).

En quoi consiste l'électrolyse de l'eau ? Un bon schéma m'épargnera de vaines explications...

Schéma de l'électrolyse de l'eau.

Il faut... de l'eau, sinon ça marche pas, liquide, ça c'est pas un souci, et une pile qui puisse délivrer une tension entre deux bouts de métal que l'on appelle "électrodes". Ces électrodes ont des noms : l'anode attire tout ce qui a une charge électrique négative, quant à la cathode, elle attire tout ce qui a une charge électrique positive. Oh, et si je ne m'abuse, il faut aussi des récipients pour recueillir les gaz que sont le dihydrogène (H2) et le dioxygène (O2), bien fermés comme c'est suggéré sur le schéma, sinon ça s'en va !

Attention, toutefois, il faut rajouter à l'eau une substance nommée électrolyte, pour permettre le courant électrique. Du sel de table peut faire l'affaire.

Bon, on passe à l'amusement suivant ?

II La pile à combustible

Dans la partie précédente, la réaction chimique mise en jeu se résumait à ça :

Le bilan de l'électrolyse de l'eau (4).

Dans la pile à combustible, la réaction mise en jeu est la suivante :

Le bilan de la combustion classique du dihydrogène.

Je vous donne un schéma afin que vous vous donniez une image plus claire des entrailles de la bête :

Au milieu, la membrane échangeuse de protons, en haut, le circuit électrique.

Vous savez, ce qu'il y a de bien avec cette technique, c'est que le dihydrogène a une très forte densité énergétique : avec 1 kg de dihydrogène, on obtient 3 fois plus d'énergie qu'en brulant de l'essence (5) ! La combustion du dihydrogène fait même circuler la rumeur selon laquelle ce serait la plus énergétique de toutes les réactions chimiques non nucléaires (6)... Vraie, fausse ? Dès que je le saurai, il me faudra mettre cet article à jour >_<!

Attention, "pile à combustible" ne veut pas forcément dire "dihydrogène", des fois, on met des combustibles fossiles, ou encore des "déchets" organiques à la place, et ça marche.

Chose à savoir : la réaction qui a lieu dans la pile à combustible est explosive. Preuve à l'appui : Hydrogène : réaction explosive. Toutefois, rappelons-nous que les réactions chimiques qui ont lieu dans les voitures sont explosives, ce n'est pas pour autant que toute la bagnole explose. Il faut croire qu'il est possible de contenir les dégâts de cette explosion.

En fait, je crois que c'est tout simplement la manipulation de dihydrogène concentré qui est dangereuse en soi. Après tout, le dioxygène se trouve partout où nous allons (7), une étincelle, et hop, c'est la cata.

Toutefois, la pile à combustible a de grandes qualités à faire valoir:

+elle produit de l'électricité ;

+elle produit de l'énergie thermique, ça chauffe !

+elle ne rejette que de l'eau, qui n'est pas un polluant.

Franchement, je pense que l'on a là un vrai filon, pas un truc limité comme la géothermie... Séduits par les qualités de la machine, certains ont imaginé quelque chose que je voudrais partager avec vous : une société humaine basée sur le dihydrogène.

III La société à dihydrogène, un rêve à construire

Qu'est-ce que la société à dihydrogène ? Ben, c'est quelque chose qui ressemble à cela :

Une maison écolo !

On aurait, sur chaque petite maison, des panneaux solaires qui produisent de l'électricité. En été, le Soleil monte haut dans la voute céleste, les panneaux produisent trop. Qu'importe, le surplus sert à électrolyser de l'eau, et on se retrouve avec deux bonbonnes, une pour le H2, une pour l'O2. Et puis en hiver, quand le Soleil, tout timide comme il est, n'ose lever bien haut le bout de son nez, les panneaux ne produisent pas assez, mais c'est pas grave, on puise dans les réserves dans la buanderie, et on peut chauffer son eau, faire marcher son frigo, son PC, et tout le monde est content. Elle est pas belle, la vie ?

Ce serait cool, hein ? Seulement, on n'en est pas à là. Plusieurs obstacles techniques se posent :

-Les gaz aiment occuper des gros volumes, comment on fait pour les compresser ?

-Les membranes échangeuses de protons des piles à combustible coutent cher, comment on fait ?

-Ma tante, elle aime pas les panneaux solaires, elle trouve que

Dans cette société, les voitures rouleraient au dihydrogène. Le moteur à dihydrogène existe déjà, mais il n'est pas tout-à-fait au point : un problème se pose pour le stockage du H2.

Remarque intéressante : quand on pense "société de l'hydrogène", on imagine ceci comme une société dans laquelle la production d'électricité est décentralisée (8) : la famille Ford contrôle ce qu'elle produit chez elle, Madame Schäffer contrôle ce qu'elle produit chez elle, il n'y a pas de supra-autorité style EDF pour s'immiscer là-dedans. Où est l'avantage ? Ben éviter qu'un dictateur fasse chier tout le monde en décidant d'une minute à l'autre de couper le courant chez l'opposition... On sait jamais, même en France, il est possible que la dictature revienne.

Un autre aspect de la société à dihydrogène est que, contrairement à aujourd'hui... le H2 doit être produit de manière propre ! Le plus souvent, la production du H2 pollue, l'électrolyse est une exception. L'électrolyse, la méthode à généraliser ? Peut-être, pour peu que la production de l'électricité soit elle-même propre...

Conclusion ? Je crois l'avoir déjà dite. Contrairement à d'autres sources d'énergies comme les énergies fossiles, avec la chimie de l'hydrogène, il y a un véritable filon qui mérite que l'on s'y intéresse de plus près.

(1) : source : cours d'histoire et de philosophie des sciences, année 2008-2009 à l'université Blaise Pascal.

(2) : source : Wikipédia, Histoire de la production d'hydrogène

(3) : source : Wikipédia, Électrolyse de l'eau

(4) : contrairement à la convention la plus répandue, j'ai utilisé le symbole union au lieu de celui de l'addition, car tout comme on n'additionne pas des vaches avec des bananes, on n'additionne pas des molécules de dihydrogène avec des molécules de dioxygène. On peut additionner des molécules avec des molécules, mais dans ce cas-là, il faut que ce soient juste des molécules, vous voyez ce que je veux dire ?

(5) : source : Planète hydrogène, L'hydrogène en chiffres

(6) : mises à part les réactions chimiques non industrielles comme celles qui surviennent dans les accélérateurs de particules.

(7) : sauf quelques rares chanceux qui vont dans l'espace, mais ce n'est qu'une minorité.

(8) : source : Horizon, Manuel d'enseignement des énergies renouvelables, sur CD-ROM.