Présentation
EnglishRÉSUMÉ
L’électrolyse de l’eau permet de produire de l’hydrogène sans relâcher de gaz carbonique. Dans cet article, les principes scientifiques qui la gouvernent sont rappelés. Ensuite, les différents procédés électrolytiques actuels sont passés en revue. La méthode est brièvement comparée aux procédés concurrents. L’article évoque également les différentes techniques de stockage de l’hydrogène ainsi que l’analyse du cycle de vie des chaînes de production, en tenant compte de l’économie des ressources. Enfin, deux applications stationnaires sont brièvement discutées.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleAuteur(s)
-
André Rahier : Docteur en Électrochimie appliquée - Ingénieur chimiste - Chercheur indépendant, Wonck, Belgique
INTRODUCTION
Sauf exception anecdotique le gaz dihydrogène communément appelé hydrogène n’existe pas à l’état naturel. Il est donc nécessaire de le préparer de différentes façons. Parmi ces méthodes la préparation électrolytique constitue une voie particulière de conversion de l’électricité. L’hydrogène ainsi produit nécessite un stockage temporaire dont la technologie dépend de l’usage ultérieur.
L’hydrogène est un vecteur énergétique mais pas un combustible naturel dans la mesure où sa production nécessite la mise en œuvre d’énergie dont l’origine est à prendre en compte. Si la combustion de l’hydrogène ne libère pas d’espèce polluante, il convient encore de produire l’énergie nécessaire de manière propre. Les réactions électrochimiques impliquent aussi la conversion d’une énergie électrique en énergie chimique (cas de l’électrolyse) ou l’inverse (cas des piles et batteries en cours de décharge). Ces conversions peuvent théoriquement atteindre des rendements de 100 %. En pratique, ces rendements sont bien entendu limités par suite de l’existence de pertes diverses impliquant la formation de chaleur, mais la situation est nettement plus favorable que dans le cas où l’énergie à convertir est constituée uniquement par de la chaleur. En effet, dans ce dernier cas, le second principe de la thermodynamique impose un rendement maximum qui dépend de la différence entre une température élevée et une température basse (principe de Carnot). Dans ces conditions, il n’est théoriquement pas possible d’obtenir un rendement de 100 % car cela impliquerait une température infinie. Les conversions électrochimiques sont donc prometteuses parce qu’elles offrent la perspective d’améliorer les rendements en mettant en œuvre de nouvelles avancées technologiques.
Si l’on considère une chaîne complète comprenant plusieurs conversions de l’énergie sous différentes formes, l’économie des ressources impose naturellement de rendre maximum le produit des rendements des différentes conversions successives. Ainsi, dans le cas du transport, on pourrait imaginer la production d’électricité dans une centrale thermique (et mieux encore, photovoltaïque ou éolienne), suivie par le stockage de l’énergie électrique sous forme chimique (hydrogène obtenu par électrolyse de l’eau), puis par la conversion de l’énergie chimique en énergie d’abord électrique (piles à combustible), puis mécanique (moteur électrique). Une telle chaîne permet d’économiser au mieux les ressources en rendant maximum les rendements de conversion. Par contre, si dans cette même chaîne, on remplace les deux dernières étapes par un moteur à combustion interne alimenté par l’hydrogène, on se heurte à nouveau à la limitation de Carnot, dérogeant ainsi au principe d’économie des ressources. Notons que la chaîne peut s’arrêter à la restitution de l’énergie dans le cas des applications stationnaires visant à alimenter les habitations en électricité et chaleur de manière quasiment autonome. Outre ces considérations, les conversions électrochimiques présentent aussi l’avantage supplémentaire de limiter très souvent les rejets d’agents polluants dans l’environnement.
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Sciences fondamentales > Caractérisation et propriétés de la matière > Propriétés électriques et électrochimiques > Production électrolytique d’hydrogène > Classification des techniques
Cet article fait partie de l’offre
Hydrogène
(48 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
2. Classification des techniques
En pratique, plusieurs configurations permettent d’électrolyser l’eau de façon efficace. On les classe très généralement en fonction de la nature et des propriétés de l’électrolyte qui peut être liquide ou solide. Lorsque l’électrolyte est solide, l’eau peut se trouver en phase liquide ou en phase vapeur. Il est clair que ces différentes configurations ne fonctionnent pas de la même manière. L’utilisation de l’une ou l’autre d’entre elles entraîne des conséquences non seulement sur le mode de fonctionnement de l’électrolyseur, mais encore sur l’efficacité du système (rendement) ainsi que sur la capacité de production, et donc, finalement, sur le coût de production ainsi que sur le prix de revient du dihydrogène produit.
2.1 Électrolytes liquides
Lorsque l’électrolyte est liquide, il est généralement constitué par une phase aqueuse contenant des ions dont la fonction est d’assurer la conductivité électrique du liquide et de transporter H+ vers la cathode et OH– vers l’anode. On ne travaille jamais en milieu neutre pour électrolyser l’eau car pour un pH voisin de 7, tant la concentration en ions OH– qu’en ions H+ est faible, introduisant importantes surtensions, à la fois sous forme de pertes ohmiques et sous forme de surtensions de concentration, même sous agitation intense puisque ces espèces transportent les éléments O ou H vers les électrodes. L’eau peut aussi jouer le rôle de transporteur d’oxygène ou d’hydrogène, mais elle ne peut pas transporter le courant. Il en résulte que soit les protons, soit les ions hydroxyle doivent assurer le transport du courant. On travaillera donc soit en milieu fortement acide, soit en milieu fortement basique.
HAUT DE PAGE
La mobilité du proton (même hydraté) est très bonne, ce qui assure une bonne conductivité des électrolytes acides. Malgré cet avantage, dans la pratique industrielle, les milieux acides en phase liquide ne sont pas exploités par suite d’importants problèmes de corrosion. Ces derniers ne sont pas insurmontables, mais ils nécessitent le recours à des matériaux dont le coût est trop élevé....
TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :
Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.
Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.
de Techniques de l’Ingénieur ! Acheter le module
Cet article fait partie de l’offre
Hydrogène
(48 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Classification des techniques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WENDT (H.), KREYSA (G.) - Génie électrochimique, Principes et procédés. - Dunod (2001) ; Traduction en français par Jean-François FAUVARQUE, Eric AGEL et Patrice SIMON.
-
(2) - LEROY (R.), BOWEN (Ch.), LEROY (D.) - The thermodynamics of aqueous water electrolysis. - J. Electrochem. Soc., 127, 9, 195-1962 (1980).
-
(3) - ANTROPOV (L.I.) - Électrochimie théorique. - Mir ; Traduction en français par A. ANISSIMOV (1979).
-
(4) - GIRAULT (H.) - Électrochimie physique et analytique. - Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (2001).
-
(5) - BARD (A.), FAULKNER (L.) - Electrochemical methods. Fundamentals and Applications. - Wiley & Sons (1980).
-
(6) - VOGT (H.) - The...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Mobilité des Français d’après Planétoscope : https://www.planetoscope.com/automobile/114-nombre-de-kilometres-parcourus-les-francais.html
Principales sources d’émission de CO2 d’après Huffingtonpost : https://www.huffingtonpost.fr/2015/11/28/gaz-effet-serre-sources-co2-industrie-electricite-chauffage-transport_n_8591192.html
HAUT DE PAGE
ISO 14040 (2006), Management environnemental – Analyse du cycle de vie – Principes et cadre (https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:14040:ed-2:v1:fr)
HAUT DE PAGEConstructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
IHT, Industrie Haute Technologie (Suisse) http://www.iht.ch/technologie/electrolyse/industry/electrolyse-sous-haute-pression-systemelurgi.html
ELT – Elektrolyse Technik GmbH (Allemagne) http://www.elektrolyse.de
Hydrogenics (Canada)...
Cet article fait partie de l’offre
Hydrogène
(48 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
Cet article fait partie de l’offre
Hydrogène
(48 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive