Aspects thermodynamiques et cinétiques
Production électrolytique d’hydrogène

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.