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Combustible hydrogène - Production

Au XIX^e siècle, l'avènement de la machine à vapeur a permis un remarquable développement des transports et de l'industrie. Cette vapeur capable de fournir directement de l'énergie mécanique mais qui n'existe pas comme telle dans la nature – il faut la produire en chauffant de l'eau – était en quelque sorte le premier vecteur énergétique. Puis, à la fin de ce même siècle, tout s'est encore accéléré lorsque sont apparus le moteur à explosion et l'électricité. Le premier permettait d'obtenir de l'énergie mécanique à partir des carburants liquides issus du pétrole présent dans la nature. La seconde, due aux propriétés des constituants de la matière, était un nouveau vecteur énergétique aux possibilités quasi infinies et dont nous connaissons de nos jours, par l'électronique et ses applications, les prolongements les plus évolués et les plus prometteurs. C'est ainsi qu'au XX^e siècle, il ne fut pas d'activité humaine qui n'ait pas été bouleversée par les retombées de ces deux révolutions techniques. Le monde est alors entré dans « l'ère industrielle » assortie de la « civilisation de l'automobile », l'une et l'autre à l'origine de profondes transformations économiques et sociales. Mais pour alimenter l'extraordinaire développement qui s'en est suivi, il a fallu – et il faut toujours – de plus en plus d'énergie, c'est pourquoi les ressources de notre planète ont été exploitées sans limite : houille, pétrole, gaz naturel, hydraulique et énergie provenant de la fission de combustibles nucléaires. Aujourd'hui, nous en mesurons les conséquences, elles sont à la hauteur de cette démesure : risque d'épuisement des ressources fossiles, accumulation de déchets nucléaires, pollution atmosphérique menaçant la santé publique et effet de serre additionnel qui contribue au réchauffement de la planète. Et pourtant, cette évolution dévoreuse d'énergie se poursuit et nourrit une croissance permanente qui va de pair avec l'émergence des pays en voie de développement et l'augmentation de la population mondiale. Il est ainsi prévisible que par rapport à 1970, les besoins en énergie doublent en 2020 et triplent à l'horizon 2050. Pour résoudre une telle contradiction entre le besoin croissant d'énergie, l'épuisement des combustibles fossiles, l'effet de serre additionnel et la pollution, plusieurs solutions concomitantes sont possibles :

• réduire les consommations d'énergie par des actions « d'utilisation rationnelle » ;

• diminuer la pollution et les rejets à effet de serre en utilisant des carburants plus appropriés ;

• poursuivre l'utilisation de l'énergie nucléaire en souhaitant un jour l'aboutissement de la fusion qui à l'heure actuelle tient du pari scientifique ;

• faire appel à des énergies dites renouvelables : éolienne, solaire, hydraulique, biomasse, géothermie ;

• utiliser l'hydrogène, une énergie propre et stockable.

L'hydrogène est en effet un gaz non toxique et très énergétique. Il est capable de produire de la chaleur par combustion directe avec, comme résidu, de l'eau, mais aussi il peut produire de l'électricité et de la chaleur dans les piles à combustible avec, là encore, comme résidu, de l'eau. Jusqu'à ce jour, on a affirmé que l'hydrogène ne se trouvait dans la nature qu'à l'état combiné, essentiellement dans l'eau et les hydrocarbures. Il était donc nécessaire de le produire et en cela, comme l'électricité, il n'était pas à proprement parler une énergie mais seulement un vecteur énergétique. Or, d'après de récentes découvertes, il n'en serait rien car, dans certaines régions du globe, existent des émanations d'hydrogène naturel (cf. § 2.5).

Dans les dossiers qui suivent, nous n'abordons l'hydrogène que du point de vue de sa valorisation énergétique en laissant de côté les autres types d'utilisation liés à ses propriétés chimiques (synthèse, hydrotraitements, atmosphères réductrices etc.) que l'on retrouve dans l'industrie pétrolière, l'industrie chimique et agrochimique ainsi que dans certaines technologies et applications spécifiques. Dans le présent dossier, nous traitons de sa production. Produire l'hydrogène, c'est l'extraire de ses composés sources (eau, hydrocarbures, biomasse) par une opération chimique ou physico-chimique qui nécessite une certaine dépense d'énergie : c'est là un des problèmes de l'utilisation de l'hydrogène énergie.

Dans le dossier Combustible hydrogène – Utilisation [B 8 566], nous nous intéressons à sa conversion énergétique, à sa mise à disposition, aux problèmes liés à la sécurité, aux possibles conséquences économiques et sociétales d'un emploi généralisé et, en conclusion, nous livrons une analyse de ce qui reste à accomplir pour que ce vecteur énergétique s'impose.