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RÉSUMÉ
Le dihydrogène constitue un axe novateur de la révolution énergétique décarbonée des machines de conversion d’énergie à poste fixe et des mobilités à l’horizon 2040 et au-delà. Les équations de la détonique permettent de comprendre et d’identifier en premier lieu les risques majeurs de fuite et d’explosion de cette molécule. Un panorama des machines à hydrogène et oxygène distingue les usages différenciés des piles à combustibles et des moteurs à pistons en fonction de leur domaine d’application. Les innovations de l’ensemble du panel des mobilités sont analysées de même que leurs sources diversifiées d’énergie primaire. Les applications en avance de phase sur les groupes électrogènes et la poly-génération ainsi que sur les potentialités réelles de l’hydrogène enrichi concluent cet article.
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Georges DESCOMBES : Professeur des universités, Docteur en sciences physiques, - Ingénieur motoriste du Cnam, Ingénieur scientifique en physique énergétique, Docteur h.c., Paris, France
INTRODUCTION
On assiste à une explosion de projets industriels sur le dihydrogène aux quatre coins de la planète soutenus massivement par les États depuis quelques années. L’un des intérêts du dihydrogène est d’être décarboné et de stocker simultanément de l'énergie et de produire de l'électricité. Il est de plus transportable, sous réserve d’un strict protocole de sécurité, sous forme liquide et gazeuse, à condition que la distance entre le lieu de production et le lieu d’utilisation ne soit pas trop éloignée afin de ne pas obérer son cycle de vie.
Cette transition se heurte à de nombreux défis car l’infrastructure pour le transport, le stockage et la sécurité de l’hydrogène demeure un verrou à mettre sous contrôle de même que son coût de production.
Le dihydrogène conventionnel est usuellement fabriqué par gazéification du charbon de bois, de la biomasse, par vaporeformage du biogaz et dans une moindre mesure par électrolyse de l’eau. L’hydrogène est largement utilisé comme matière première pour la fabrication de l’ammoniac, des engrais et de méthanol. Il sert aussi de réactif dans les processus de raffinage du pétrole brut. Les industries fortement émettrices de CO2 dont la métallurgie et la verrerie sont en première ligne pour tenter de réduire significativement l’empreinte carbone. L’utilisation de l'hydrogène, en dehors du cadre industriel dans lequel il est aujourd’hui employé avec des protocoles sévèrement réglementés, pose toutefois de sérieux problèmes de sécurité en raison des risques névralgiques de fuites, de feux, d’incendies et d’explosions. La génération du stockage de l’électricité dans les batteries électriques est elle aussi à surveiller de près, car les batteries génèrent des gaz inflammables potentiellement à l’origine de feux ou d’explosions, l'hydrogène induisant bien sûr des scénarios aux conséquences plus graves du fait de l’extrême légèreté de cette molécule.
Cependant, l’hydrogène dans les mobilités constitue une piste très investiguée en recherche appliquée. Un panorama des machines à hydrogène et oxygène doit donc être établi en distinguant les usages différenciés des piles à combustibles et des moteurs à pistons en fonction de leur domaine d’application.
Il existe cinq voies prioritaires pour décarboner les transports : l’électricité, l’hydrogène, l’hydrogène additivé ou enrichi, les carburants gazeux tels que la biométhanisation et ses dérivés avec la biomasse, et les carburants synthétiques obtenus en combinant de l’hydrogène avec du CO2. La molécule de dihydrogène inscrite désormais dans la révolution énergétique décarbonée des machines de conversion d’énergie est à manipuler avec une extrême prudence comme le lait sur le feu. Les équations de la détonique permettent d’identifier en premier lieu les sources majeures de dangerosité de cette molécule pour les mettre sous contrôle.
Les innovations de progrès et de rupture sur l’ensemble du panel des mobilités doivent elles aussi être analysées finement de même que leurs sources diversifiées d’énergie primaire. Elles démontrent l’effervescence qui règne actuellement sur l’ensemble des mobilités. Les applications en avance de phase sur les groupes électrogènes décarbonés et la polygénération sont elles aussi de pleine actualité.
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1. Hydrogène
1.1 État de l’art
Le dihydrogène semble être devenu un nouveau sésame économique de nombre d’entrepreneurs, de financiers, d’élus et de responsables politiques de tous niveaux, de tous bords et de tous les coins de la planète. On assiste à une extraordinaire floraison de nouveaux projets industriels et de mobilité depuis quelques années sur le dihydrogène. Les colossaux investissements et les multiples plans de relance se chiffraient en millions de milliards d’euros sur la planète en 2021 avec des appels récurrents à actionnariat de la part de nombre de grands groupes français et internationaux.
La Corée du Sud est probablement l’un des États au monde le plus impliqué sur ce sujet depuis des décennies. Ceci tient au fait que ce pays est très dépendant des importations de combustibles, car il est le deuxième importateur de charbon, quatrième de pétrole et huitième de gaz naturel pour ses secteurs industriels et transports. Les décideurs coréens sont convaincus qu’il convient d’actionner massivement la recherche technologique sur l’hydrogène et ils le prouvent [RE 293].
Deux géants industriels européens, le Français Air Liquide et l’Allemand Siemens Energy ont annoncé dès février 2021 qu’ils s’alliaient pour développer de grands projets d’hydrogène décarboné. Cette annonce s’inscrit dans le grand plan d’investissement européen en faveur des énergies vertes, le nouvel accord vert (Green New Deal) qui vise à développer l’hydrogène, sans oublier le groupe Forvia qui est lui aussi présent dans les piles à combustible et les réservoirs à hydrogène à travers la société Symbio détenue de concert par Michelin et Stellantis.
On souligne que contrairement aux énergies renouvelables intermittentes, l’un des avantages du dihydrogène est d’être capable de stocker de l'énergie et de produire de l'électricité. Il est...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Transitions & Énergies. - Dossier Hydrogène : retour à la réalité, p. 50-58 (2024).
-
(2) - * - https://www.h2-mobile.fr/actus/hydrogene-naturel-canada-max-power-rider-natural-hydrogen-project/
-
(3) - SINAI¨ (A.) - Transport ferroviaire : des pistes pour en finir avec les moteurs diesel. - (2018), https://www.actu-environnement.com
-
(4) - SNCF 2021 - Le train à hydrogène. - https://www.sncf.com/fr
-
(5) - DESMET (B.) - Transport ferroviaire et développement durable. - (2016), https://lms.fun-Mooc.fr
-
(6) - VINCENT (T.) - L’énergie hydrogène est-elle idéale pour les transports maritimes. - (2018), https://www.pole-ocean.fr
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Véhicules automobiles hybrides électriques et leurs motorisations.
-
Piles à combustible appliquées à la mobilité électrique – La mobilité hydrogène.
-
Méthodologies d’implantation de détecteurs fixes de gaz inflammables.
-
De la cinétique chimique élémentaire aux mécanismes cinétiques détaillés.
-
Moteurs thermiques – Moteurs alternatifs de nouvelle génération....
ANNEXES
Chirac (R.), Descombes (G.), Podevin (P.), Dispositif d’alimentation d’une machine thermique à combustion en gaz enrichi en dihydrogène et en dioxygène, WO2012/025672, EP2609309B1, PCT/FR2011/000465.
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
https://www.h2-mobile.fr/actus/engins-speciaux-daimler-mise-combustion-hydrogene/
https://fr.statista.com/statistiques/1373312/plus-gros-producteur-energie-hydroelectrique/
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