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20/03/2003
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L’hydrogène, un candidat idéal pour l’après-pétrole ?
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(MFI) En 2070, 2040 ou peut-être même avant, le pétrole commencera à manquer. Comment remplacer le roi de l’énergie ? Par l’hydrogène, ce gaz qui donne de l’eau, assurent certains ; un prétendant qui cumulerait les avantages d’être inépuisable, non polluant et très énergétique. Mais il faut encore lever de nombreux obstacles technologiques avant que l’hydrogène n’éclaire notre futur.
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Le savant français Antoine Lavoisier nomma ce gaz « hydro » (eau) et « gène » (créateur), car sa combustion provoque la formation d’eau. Présent en abondance dans l’univers (le soleil en est composé à 92 %), il n’existe pas à l’état naturel. On le trouve plutôt lié à d’autres atomes (C, O) sous forme d’eau ou de méthane. Il est donc nécessaire de le produire, par exemple par électrolyse de l’eau qui décompose celle-ci en hydrogène (H) et en oxygène (O). En sens « inverse », la combustion de l’hydrogène avec l’oxygène ne produisant que de l’eau et rien que de l’eau, l’hydrogène est un carburant totalement « propre ».
Des atouts que les autres n’ont pas
Incolore, inodore, il possède un haut pouvoir énergétique de 120 mégajoules/kg, supérieur à celui du pétrole (45 MJ/kg). Cependant sa légèreté lui confère un faible pouvoir volumétrique, ce qui pose un problème de transport et de stockage. Une caractéristique qui lui vaut mauvaise réputation est qu’il présente des risques d’inflammabilité et d’explosivité. Néanmoins, il a pour lui de se diffuser très vite dans l’air : en cas de fuite, l’hydrogène s’échappe vers le haut, sa concentration diminue rapidement, passant ainsi sous le seuil d’inflammabilité. Cet aspect sécuritaire ne doit pas faire oublier que l’hydrogène est utilisé depuis longtemps dans l’industrie et qu’avant 1950, le gaz de ville était composé à 60 % d’H2.
Si le pétrole est encore le roi aujourd’hui, il ne le restera pas. La demande augmentant, il deviendra un « luxe ». Autre handicap : comme toutes les énergies fossiles, sa combustion génère du CO2, principal gaz responsable de l’effet de serre. Et, même avec de nouveaux gisements et des progrès techniques pour optimiser les gisements existants, les puits finiront par être à sec. Il faudra compenser le déficit. On compte alors sur les énergies conventionnelles, nucléaire, charbon, gaz. Mais ces deux derniers non plus ne sont pas inépuisables. « L’économie hydrogène » aurait des atouts que les autres n’ont pas : l’hydrogène est abondant, il peut être transformé en carburant synthétique gazeux H2 et répond donc aux exigences écologiques.
Deux pistes à l’étude
Les scientifiques étudient deux options. L’une, en phase de développement, est celle de la pile à combustible. L’autre, plus lointaine, est celle de la fusion de noyaux d’hydrogène. La pile à combustible – contrairement à une pile classique, qui épuise au fur et à mesure les réactifs électrochimiques générant le courant – est un générateur d’électricité qui utilise la réaction entre l’hydrogène constamment renouvelé et l’oxygène de l’air, pour produire de l’eau en libérant les électrons. La recherche s’active sur de telles piles aussi bien pour les moteurs électriques de voiture que pour de nouvelles générations de centrales d’électricité et de chaleur.
Quant à la piste de la fusion, son ambition est de reproduire de façon contrôlée le gigantesque processus de production d’énergie se déroulant dans l’univers stellaire par la fusion de noyaux d’hydrogène en noyaux plus lourds d’hélium. Une recherche qui, dit-on, lèverait radicalement l’hypothèque que fait peser l’épuisement progressif des ressources fossiles, tout en ne produisant pas de déchets radioactifs, ni d’émissions polluantes. Dans cette perspective, une vaste coopération internationale vise à réaliser un premier réacteur expérimental.
Le rêve est-il fondé ?
Si l’on rêve d’une économie où l’hydrogène remplacerait les carburants usuels, la création d’une telle filière énergétique nécessite celle de tout une infrastructure : production, transport, stockage, distribution. La réalité aujourd’hui est que la production d’hydrogène représente 6,5 exajoules (exa = 10 puissance 18). Or, la demande mondiale en énergie primaire est de 400 EJ. Ce qui signifie que la production actuelle d’hydrogène ne couvrirait que 1,5 % des besoins. Il y a beaucoup à faire pour que la production d’hydrogène atteigne un taux significatif.
De la production au stockage en passant par le transport, la filière hydrogène est d’un coût de revient élevé (trois fois celui du gaz naturel). Pour certains spécialistes, « l’économie hydrogène pour tous, fondée sur l’électricité renouvelable, risque donc de rester encore longtemps un luxe pour la plupart des humains ». Pour d’autres, « la production deviendra de plus en plus compétitive avec les économies d’échelles, alors que le prix du pétrole ne fera qu’augmenter sous l’effet de la pénurie ». Quoi qu’il en soit, de nombreux développements technologiques restent nécessaires pour que cette solution apparaisse comme performante et économiquement viable.
Isabelle Santos
L’énergie du futur sur l’île Yakushima
(MFI) Pour fabriquer et exporter de l’hydrogène dans le reste du monde, la compagnie Yakushima Denko propose d’implanter sur cette île japonaise de petites centrales hydrauliques, puis d’utiliser cette énergie pour produire de l’hydrogène par électrolyse de l’eau. Le but est de profiter des abondantes ressources en eau dont l’île dispose : des précipitations annuelles de 8 000 mm, un dénivelé de 2 km d’altitude.
Le Japon considère que les voitures à pile à combustible sont l’avenir de l’automobile, mais aussi que ces nouvelles piles pourraient alimenter les domiciles en électricité et en eau chaude. Si, sur le modèle de Yakushima, l’île parvient à fournir de l’hydrogène à bas prix, cela améliorerait sensiblement la production industrielle japonaise et permettrait au pays, relativement pauvre en ressources naturelles, de devenir autosuffisant pour ses besoins énergétiques.
I. S.
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