Présentation
EnglishRÉSUMÉ
En tant que combustible, l’hydrogène est utilisé ou utilisable soit en combustion directe, soit dans les piles à combustible qui produisent de l’électricité à des puissances allant de 10 mW à 10 MW. Ses applications vont des équipements portables aux procédés industriels gros consommateurs d’énergie, en passant par la mobilité où elles se déclinent entre applications routières, ferroviaires, navales, submersibles, aéronautiques et spatiales. Cela implique qu'il soit stocké, transporté et mis à disposition aussi bien sous forme de gaz comprimé que de liquide, voire combiné dans des matériaux solides ou liquides. Son inflammabilité et son explosivité imposent néanmoins des précautions qui font l’objet de normes de sécurité adaptées. Le rôle que jouera ce combustible dans le paysage énergétique de demain va constituer un élément majeur de la transition entre énergies fossiles et renouvelables.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleAuteur(s)
-
Farida LAMARI : Docteure en génie des procédés de l’université Paris XIII - Chargée de recherche au CNRS - Université Sorbonne Paris Nord, LSPM – UPR CNRS 3407
-
Patrick LANGLOIS : Ingénieur ENSAM et Docteur en métallurgie de l’université Pierre et Marie Curie (Paris VI) - Chargé de recherche au CNRS - Université Sorbonne Paris Nord, LSPM – UPR CNRS 3407
-
Pierre MALBRUNOT : Conseiller scientifique auprès de l’association France Hydrogène
INTRODUCTION
Un nouvel écosystème se constitue autour du vecteur énergétique hydrogène en raison de sa polyvalence (électrolyseur, pile à combustible, transport et stockage, mobilité, nouveaux usages) ; en se référant à la maxime « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » attribuée à Lavoisier, l’hydrogène pourrait en effet être très exactement et tout simplement décrit comme étant un vecteur de transformation, la nécessité de la transformation tenant pour sa part à l’épuisement prochain des ressources fossiles et à l’effet néfaste de leur emploi sur la santé, l’environnement et le climat. Dans le contexte de la crise énergétique européenne et du changement climatique, l’urgence d’une telle transformation est devenue manifeste. Lancé en 2019, le pacte vert pour l’Europe engage les États membres de l’Union européenne à atteindre la neutralité carbone en 2050 avec, pour objectif intermédiaire, de réduire de 55 % en 2030 les émissions nettes de gaz à effet de serre par rapport à leur niveau de 1990. Ce pacte implique notamment la production massive ainsi que l’usage d’hydrogène décarboné ou à bas carbone, une régulation adaptée à une stratégie cohérente de déploiement de l’hydrogène en matière de production et d’usage étant en cours d’élaboration.
L’hydrogène par sa combustion très énergétique, en masse plus de deux fois celle du gaz naturel, est un combustible de choix utilisable pour fournir de la chaleur et de l’énergie mécanique sans autre résidu que de l’eau. Mais il peut aussi, par réaction électrochimique, se combiner à l’oxygène pour produire de l’électricité et de la chaleur en ne rejetant là encore que de l’eau. En France, l’hydrogène est déjà couramment utilisé dans l’industrie pétrolière et chimique, pour une consommation totale de l’ordre de 900 000 tonnes par an mais il s’agit, en majeure partie, d’hydrogène carboné qui engendre de l’ordre de 9 millions de tonnes de CO2 par an ; il convient dans ce domaine de faire évoluer sa production. L’hydrogène constitue en l’occurrence un vecteur énergétique qui peut être produit puis utilisé dans une plus grande variété d’applications, le domaine le plus connu étant celui de la mobilité où de plus en plus nombreux véhicules à hydrogène sont commercialisés. En synergie avec la future production massive d’hydrogène décarboné, se pose donc la nécessité d’accroître son usage.
En complément de l’article [BE 8 565]qui traite de sa production, dans le présent article sont traitées sa conversion énergétique, sa mise à disposition et les problèmes liés à la sécurité, ainsi que les possibles conséquences économiques et sociétales de son emploi généralisé. Est également livrée en conclusion une analyse de ce qui reste à accomplir pour que ce vecteur énergétique s’impose.
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2006 par Farida DARKRIM-LAMARI, Pierre MALBRUNOT
- Version archivée 2 de oct. 2013 par Farida DARKRIM-LAMARI, Pierre MALBRUNOT
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Énergies > Ressources énergétiques et stockage > Stockage de l'énergie > Combustible hydrogène - Utilisation > Mise à disposition de l’hydrogène énergie
Accueil > Ressources documentaires > Énergies > Hydrogène > Utilisation et valorisation de l'hydrogène > Combustible hydrogène - Utilisation > Mise à disposition de l’hydrogène énergie
Accueil > Ressources documentaires > Ingénierie des transports > Véhicule et mobilité du futur > Carburants et matériaux allégés pour véhicule > Combustible hydrogène - Utilisation > Mise à disposition de l’hydrogène énergie
Cet article fait partie de l’offre
Chimie verte
(163 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. Mise à disposition de l’hydrogène énergie
2.1 Transport et stockage
L’utilisation industrielle intensive de l’hydrogène dans le secteur de la chimie a été marquée par la construction dès 1938 dans la Ruhr d’un gazoduc d’hydrogène d’une longueur de 240 km et d’une capacité de transfert de 250 millions de Nm3 par an. Actuellement installés dans de nombreuses contrées, de semblables gazoducs relient les unités de production, essentiellement à vaporeformage, à craquage d’éthylène ou à électrolyse chloroalcaline aux sites industriels d’utilisation. Des gazoducs de la société Air Liquide existent en Europe (figure 15) ainsi qu’aux États-Unis. Des réseaux des firmes Linde, Air Products et Praxair sont également exploités en Europe, en Amérique du Nord, au Brésil et en Thaïlande. Divers autres réseaux de moindre importance existent aussi en Europe et en Amérique du Sud.
Ces gazoducs à hydrogène sont en acier classique de fabrication à usage général. D’un diamètre de 100 à 200 mm, ils supportent des pressions comprises entre 3,4 et 100 bar. On ne connaît pas de problèmes particuliers liés à leur exploitation ; ceux mis en place dans la Ruhr en 1938 sont d’ailleurs toujours en service et n’ont connu aucun incident après plus de 80 ans d’utilisation. En parallèle, une autre possibilité est d’adapter les réseaux actuels de gaz naturel en opérant, comme expérimenté à Dunkerque dans le cadre du projet GRHYD, avec un mélange dénommé hythane composé de 80 % de gaz naturel et de 20 % d’hydrogène. On peut alors utiliser directement l’hythane ou séparer l’hydrogène du méthane par diffusion membranaire. Pour transporter une plus forte proportion d’hydrogène, il faudrait cependant procéder à un redimensionnement des tubes et à un changement des installations de compression, la pression devant être accrue par rapport à celle d’un gazoduc transportant du gaz naturel afin de délivrer une quantité d’énergie équivalente ...
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
Chimie verte
(163 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
Mise à disposition de l’hydrogène énergie
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ROTTENGRUBER (H.), BERKMÜLLER (M.), ELSÄSSER (G.), BREHM (N.), SCHWARZ (C.) - A high-efficient combustion concept for direct injection hydrogen internal engines. - 15th World Hydrogen Energy Conference, Yokohama, JP (2004).
-
(2) - EICHLSEDER (H.), GRABNER (P.), HEINDL (R.) - Hydrogen internal combustion engines. - In : Hydrogen and Fuel Cells, p. 811-830, Wiley-VCH, Weinheim, DE (2010). ISBN : 978-3527327119
-
(3) - ALLEAU (Th.) - Moteurs thermique à hydrogène. - L’encyclopédie H2, Fiche 5.1.1 (2021).
-
(4) - BUFFET (Ph.), LEBARON (M.) - L’espace, comment ça marche ? À quoi ça sert ? - Hirlé Éditions, Strasbourg (2001). ISBN : 978-2910048662
-
(5) - BUFFET (Ph.) - Propulsion spatiale : l’hydrogène, un carburant léger pour lanceurs lourds. - L’Actualité Chimique, p. 74-80 (2001).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Hydrogène liquide – Interface des systèmes de remplissage pour véhicules terrestres - ISO 13984 - 1999
-
Hydrogène liquide – Réservoirs de carburant pour véhicules terrestres - ISO 13985 - 2006
-
Qualité du carburant hydrogène – Spécification de produit - ISO 14687 - 2019
-
Considérations fondamentales pour la sécurité des systèmes à l’hydrogène - ISO/TR 15916 - 2015
-
Générateurs d’hydrogène faisant appel aux technologies du traitement du carburant – Partie 1 : Sécurité - ISO 16110-1 - 2016
-
Générateurs d’hydrogène faisant appel aux technologies du traitement du carburant – Partie 2 : Méthodes d’essai de rendement - ISO 16110-2 - 2016
-
Appareils de stockage de gaz transportables – Hydrogène absorbé dans un hydrure métallique réversible - ISO 16111 - 2008
-
...
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Aaqius (CH) – technologies hydrogène http://www.aaqius.com/
Airbus (EU) – programme ZEROe https://www.airbus.com/en/innovation/zero-emission/hydrogen/zeroe
Alexander Dennis (GB) – bus à pile à combustible https://www.alexander-dennis.com/
Blue Spirit Aero (FR) – avions à hélices à pile à combustible https://bluespiritaero.com/fr/
Clean Logistics (DE) – camions à réservoir d’hydrogène liquide https://www.cleanlogistics.de/en
Doosan (KR) – piles à combustible https://www.doosanfuelcell.com/en
Fuji Electric (JP) – piles à combustible https://www.fujielectric.com/products/fuelcell/
Genvia (FR) – électrolyseurs haute température https://genvia.com/
GravitHy (FR) – production d’acier décarboné https://gravithy.eu/
Hydrogenious (DE) – stockage de l’hydrogène dans des liquides...
Cet article fait partie de l’offre
Chimie verte
(163 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
Chimie verte
(163 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