Dihydrogène

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Le dihydrogène est un composé moléculaire à l'état gazeux aux conditions normales de pression et de température. Les molécules comportent deux atomes d'hydrogène, sa formule chimique est H₂. Il est présent sous forme de traces (0,5 ppm) dans l'air. Il est fréquemment appelé par erreur « hydrogène ».

C'est un gaz léger que la gravité terrestre ne peut d'ailleurs retenir. Il fut employé dans les ballons dirigeables de type Zeppelin, utilisant les propriétés de la poussée d'Archimède, avant d'être remplacé par l'hélium moins dangereux car non combustible. Il brûle dans l'air en produisant de l'eau, d'où son nom (hydrogène = qui fabrique de l'eau).

Le dihydrogène possède une température de vaporisation de 20,27 K et une température de fusion de 14,02 K. Sous de très fortes pressions, comme celle qui existent au centre des planètes géantes gazeuses, ces molécules se dissocient et l'hydrogène devient un métal liquide. Dans l'espace, les nuages de H₂ sont à la base du processus de formation des étoiles.

Sommaire 1 Production du dihydrogène 1.1 Vaporeformage d'hydrocarbures 1.2 Électrolyse de l'eau 1.3 Action de l'acide chlorhydrique sur le fer 2 Test de reconnaissance du dihydrogène 3 Stockage 3.1 Gaz comprimé 3.2 Gaz liquéfié 3.3 Hydrures métalliques 3.4 Stockage par adsorption sur du Carbone 4 Sécurité 4.1 Référence ONU pour le transport de matières dangereuses 5 Voir aussi 6 Anecdote

[modifier] Production du dihydrogène

L'hydrogène est produit industriellement par deux procédés :

• par vaporeformage à partir d'hydrocarbures (en particulier à partir de méthane)
• par électrolyse de l'eau

[modifier] Vaporeformage d'hydrocarbures

C'est le procédé qui aujourd'hui est le plus utilisé au niveau industriel. Son principe est basé sur la dissociation de molécules carbonées (méthane, monoxyde de carbone) en présence de vapeur d'eau et de chaleur.

Cette technologie est la plus couramment utilisée. On obtient un rendement énergétique de l'ordre de 40 à 45% dans certaines installations. Elle a le gros inconvénient de produire du dioxyde de carbone qui est un gaz à effet de serre.

[modifier] Électrolyse de l'eau

Cette technologie consiste à faire passer un courant électrique dans l'eau afin d'obtenir la dissociation des molécules d'eau en dihydrogène et dioxygène.

Réaction à l'anode :

Réaction à la cathode :

Globalement, nous avons :

Cette technologie nécessite de grandes quantités d'électricité. Elle est aussi aujourd'hui moins efficace d'un point de vue énergétique : l'énergie potentielle du dihydrogène produit ne correspond qu'à environ 20% de l'énergie électrique consommée. Elle est relativement peu utilisée.

[modifier] Action de l'acide chlorhydrique sur le fer

Au laboratoire de Chimie (collège ou lycée), on produit parfois du dihydrogène par action de l'acide chlorhydrique sur du fer.

ou, formule simplifiée :

[modifier] Test de reconnaissance du dihydrogène

Afin de tester sa présence, on approche une bûchette enflammée d'un tube à essai contenant du dihydrogène. Il se produit un bruit caractéristique appelé "jappement".

[modifier] Stockage

[modifier] Gaz comprimé

C'est la forme la plus commune de stockage du dihydrogène. Le gaz est stocké à des pressions de 200 à 700 bar.

La technologie existe et est couramment utilisée. Son inconvénient réside dans l'énergie nécessaire à la compression et dans la faible efficacité en terme d'encombrement en comparaison aux autres méthodes. Cet encombrement est une des difficultés pour l'utilisation du dihydrogène sous forme de gaz comprimé dans les applications automobiles.

[modifier] Gaz liquéfié

Le dihydrogène est liquéfié à une température de -253°C sous pression atmosphérique.

La technologie est existante. Contrairement au gaz comprimé, elle a une meilleure efficacité en ce qui concerne l'encombrement (70 kg.m^-3 contre 10 kg.m^-3 à 115 bar et 0 °C). Cependant, cet avantage est modéré par le volume relativement important des enceintes isolantes nécessaire pour éviter l'évaporation. D'autre part, il faut une énergie importante pour passer en phase liquide. La liquéfaction consomme 30 à 40% du contenu énergétique du gaz. Elle a un coût relativement élevé.

[modifier] Hydrures métalliques

Les atomes d'hydrogène sont stockés dans certains composés métalliques. On récupère le dihydrogène en chauffant ou en diminuant la pression. Cette technique est aujourd'hui mal maîtrisée. Elle a l'inconvénient de demander un dihydrogène extrêmement pur afin d'éviter de détruire la capacité d'absorption des hydrures. Le chauffage pour récupérer le gaz est également un handicap. Ce type de stockage, en est au stade de recherche et n'est pas disponible aujourd'hui sur une base industrielle.

Capacité de stockage de certains hydrures.

Hydrure	Pourcentage de dihydrogène contenu (en masse)
LaNi5H6,5	1,4 %
ZnMn2H3,6	1,8 %
TiFeH2	1,9 %
Mg2NiH4	3,6 %
VH2	3,8 %
MgH2	7,6 %

[modifier] Stockage par adsorption sur du Carbone

Cette technique permet de stocker en surface de certaines structures de carbone telle que du charbon actif ou des nanotubes les molécules de dihydrogène. Elle permet de stocker 0.05 à 2 % en masse de dihydrogène.

Ce type de stockage est au stade de recherche.

[modifier] Sécurité

[modifier] Référence ONU pour le transport de matières dangereuses

• Nom (français) : Hydrogène comprimé

• Classe : 2
• numéro : 1049

• Nom (français) : Hydrogène liquide réfrigéré

• Classe : 2
• numéro : 1966

• Nom (français) : Hydrogène dans un dispositif de stockage à hydrure métallique

• Classe : 2
• numéro : 3468

[modifier] Voir aussi

• dihydrogène liquide (LH2)
• hydrogène

[modifier] Anecdote

Le monoxyde de dihydrogène est bien entendu le corps composé nommé eau : H₂O.