Hydrogène

Hydrogène
Hydrogène liquide dans une chambre à bulles.
← Hydrogène → Hélium       1 H                                                                                                                                                                                                                                                                                           ↑ H ↓ Li Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole	H
Nom	Hydrogène
Numéro atomique	1
Groupe	1
Période	1e période
Bloc	Bloc s
Famille d'éléments	Non-métal
Configuration électronique	1s1
Électrons par niveau d’énergie	1
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique	1,007 94 ± 0,000 07 u
Rayon atomique (calc)	25 pm (53 pm)
Rayon de covalence	31 ± 5 pm
Rayon de van der Waals	120 pm
État d’oxydation	-1, +1
Électronégativité (Pauling)	2,2
Oxyde	amphotère
Énergies d’ionisation
1re : 13,598 443 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD MeV 1H 99,9885 % stable avec 0 neutron 2D 0,0115 % stable avec 1 neutron 3T traces (syn.) 12,32 a β– 0,019 3He
Propriétés physiques du corps simple
Masse volumique	0,089 88 g L−1 (gaz, CNTP), 0,070 8 kg L−1 (liquide, −253 °C), 0,070 6 kg L−1 (solide, −262 °C)
Système cristallin	Hexagonal
Divers
No CAS	1333-74-0
Précautions
NFPA 704
4 0 0
Transport
23    1049    Code Kemler : 23 : gaz inflammable Numéro ONU : 1049 : HYDROGÈNE COMPRIMÉ Classe : 2.1 Code de classification : 1F : Gaz comprimé, inflammable ; Étiquette : 2.1 : Gaz inflammables (correspond aux groupes désignés par un F majuscule); ; 223    1966    Code Kemler : 223 : gaz liquéfié réfrigéré, inflammable Numéro ONU : 1966 : HYDROGÈNE LIQUIDE RÉFRIGÉRÉ Classe : 2.1 Code de classification : 3F : Gaz liquéfié réfrigéré, inflammable ; Étiquette : 2.1 : Gaz inflammables (correspond aux groupes désignés par un F majuscule); ; 23    2034    Code Kemler : 23 : gaz inflammable Numéro ONU : 2034 : HYDROGÈNE ET MÉTHANE EN MÉLANGE COMPRIMÉ Classe : 2.1 Code de classification : 1F : Gaz comprimé, inflammable ; Étiquette : 2.1 : Gaz inflammables (correspond aux groupes désignés par un F majuscule);
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'hydrogène est l'élément chimique de numéro atomique 1, de symbole H. L'hydrogène présent sur Terre est presque entièrement constitué de l'isotope ¹H (un proton, zéro neutron) ; il comporte environ 0,01 % de ²H (un proton, un neutron). Ces deux isotopes sont stables. Un troisième isotope ³H (un proton, deux neutrons), instable, est produit dans les explosions nucléaires. Ces trois isotopes sont respectivement appelés « protium », « deutérium » et « tritium ».

L'hydrogène peut avoir les nombres d'oxydation 0 (dihydrogène H₂ ou hydrogène métallique), +I (dans la plupart de ses composés chimiques) et –I (dans les hydrures métalliques). L'hydrogène est un élément électropositif, fréquemment ionisé à l'état H⁺ ou H₃O⁺. Mais il forme aussi des liaisons covalentes, notamment dans l'eau et la matière organique.

L'hydrogène est le principal constituant du Soleil et de la plupart des étoiles (dont l'énergie provient de la fusion thermonucléaire de cet hydrogène), et de la matière interstellaire ou intergalactique. C'est un composant majeur des planètes géantes, sous forme métallique au cœur de Jupiter et de Saturne, et sous la forme de dihydrogène solide, liquide ou gazeux dans leurs couches plus externes et dans les autres planètes géantes. Sur Terre il est surtout présent à l'état d'eau liquide, solide (glace) ou gazeuse (vapeur d'eau), mais il se trouve aussi dans les émanations de certains volcans sous forme H₂ et de méthane CH₄.

Ce gaz a été mis en évidence par Cavendish en 1766, qui l'a appelé « air inflammable » parce qu'il brûle ou explose en présence de l'oxygène, où il forme de la vapeur d'eau. Lavoisier a désigné ce gaz par le nom hydrogène, composé du préfixe « hydro- », du grec ὕδωρ (hudôr) signifiant « eau », et du suffixe « -gène », du grec γεννάω (gennaô), « engendrer ». Il s'agit du gaz de formule chimique H₂ dont le nom scientifique est désormais « dihydrogène ».

Le dihydrogène est toujours appelé « hydrogène » dans le langage courant.

Abondance

L'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'Univers : 75 % en masse et 92 % en nombre d'atomes. Il est présent en grande quantité dans les étoiles et les planètes gazeuses ; il est également le composant principal des nébuleuses et du gaz interstellaire.

Dans la croûte terrestre, l'hydrogène ne représente que 0,22 % des atomes, loin derrière l'oxygène (47 %) et le silicium (27 %). Il est rare également dans l'atmosphère terrestre, puisqu'il ne représente en volume que 0,55 ppm des gaz atmosphériques. Sur Terre, la source la plus commune d'hydrogène est l'eau, dont la molécule est constituée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène ; l'hydrogène est surtout le principal constituant (en nombre d'atomes) de toute matière vivante, associé au carbone dans tous les composés organiques. Par exemple, l'hydrogène représente 63 % des atomes et 10 % de la masse du corps humain.

Sous de très faibles pressions, comme celles qui existent dans l'espace, l'hydrogène a tendance à exister sous forme d'atomes individuels car il n'entre pas en collision avec d'autres atomes pour se combiner. Les nuages d'hydrogène sont à la base du processus de la formation des étoiles.

L'atome d'hydrogène

L'hydrogène est l'élément chimique le plus simple ; son isotope le plus commun est constitué seulement d'un proton et d'un électron. L'hydrogène est l'atome le plus léger. Comme il ne possède qu'un électron, il ne peut former qu'une liaison covalente : c'est un atome univalent.

Cependant, l'hydrogène solide peut être métallique lorsqu'il se trouve sous très haute pression. Il cristallise alors avec une liaison métallique (voir hydrogène métallique). Dans le tableau périodique des éléments, il se trouve dans la colonne des métaux alcalins. N'étant toutefois pas présent dans cet état sur Terre, il n'est pas considéré comme un métal en chimie.

La section efficace de capture de l'hydrogène (200 mb aux neutrons thermiques et 0,04 mb aux neutrons rapides) est suffisamment faible pour permettre l'utilisation de l'eau comme modérateur et réfrigérant des réacteurs nucléaires.

Mécanique quantique

L'atome d'hydrogène est l'atome le plus simple qui existe. C'est donc celui pour lequel la résolution de l'équation de Schrödinger, en mécanique quantique, est la plus simple. L'étude de ce cas est fondamentale, puisqu'elle a permis d'expliquer les orbitales atomiques, et ensuite les différentes liaisons chimiques avec la théorie des orbitales moléculaires.

Isotopes et propriétés nucléaires

Isotopes

L’hydrogène est le seul élément dont chaque isotope porte un nom spécifique, car leur différence de masse (comparativement à celle de l'atome d'hydrogène) est significative : du simple au double ou au triple, ce qui explique que, contrairement à ce qui vaut pour les isotopes en général, ces différences peuvent influencer les propriétés chimiques du deutérium ou du tritium par rapport au protium (effet isotopique). L'eau lourde (D₂O), qui contient des isotopes d'hydrogène lourds, est par exemple toxique (à forte dose) pour de nombreuses espèces. En effet, en raison de la grande différence de masse entre les isotopes la cinétique des réactions en solution aqueuse est considérablement ralentie.

Les isotopes les plus notables de l'hydrogène sont :

• l’hydrogène léger ou protium ¹H, le plus abondant (~99,98 % de l'hydrogène naturel). Le noyau est simplement constitué d'un proton et ne possède donc pas de neutron. C'est un isotope stable ;
• le deutérium ²H (ou D), beaucoup moins abondant (de 0,0082 à 0,0184 % de l'hydrogène naturel, ~0,015 % en moyenne). Le noyau est constitué d'un proton et d'un neutron, c'est aussi un isotope stable. Sur Terre, il est essentiellement présent sous forme d'eau deutérée HDO (eau semi-lourde) ;
• le tritium ³H (ou T), présent seulement en quantité infime dans l'hydrogène naturel (un atome de tritium pour 10¹⁸ atomes d’hydrogène). Le noyau est constitué d’un proton et de deux neutrons, il est radioactif et se transforme en ³He par émission d'un électron (radioactivité β⁻). ²H et ³H peuvent participer à des réactions de fusion nucléaire. La radiotoxicité du tritium est réputée très faible lorsqu'il est présent sous forme HTO (eau tritiée), elle est moins connue et moins bien comprise lorsqu'il est présent sous forme organique (les études présentent des résultats contradictoires ou très variables selon leurs protocoles expérimentaux). Dans l’environnement naturel, le tritium peut prendre la place du protium dans les molécules comprenant de l'hydrogène, y compris dans les molécules biologiques et jusque dans l'ADN où il peut être cause de cassures de l'information génétique, de mutations ou d'apoptoses cellulaires. Le tritium étant un isotope rare, sa concentration dans l'eau et les tissus est généralement très faible (hors contaminations accidentelles d’origine humaine) ;
• le quadrium ou tétradium ⁴H (ou Q), l'isotope le plus instable de l'hydrogène (sa demi-vie est ultracourte : 1,39 × 10⁻²² seconde). Il se décompose par émission de neutron ;
• l'hydrogène 7 (⁷H), l'isotope le plus riche en neutrons jamais observé. Sa demi-vie est de l'ordre de 10⁻²¹ seconde.

Fusion nucléaire

L'hydrogène, présent en grandes quantités dans le cœur des étoiles, est une source d'énergie par les réactions de fusion nucléaire, qui combinent deux noyaux d'atomes d'hydrogène (deux protons) pour former un noyau d'atome d'hélium. Les deux voies de cette fusion nucléaire naturelle sont la chaîne proton-proton, de Eddington, et le cycle carbone-azote-oxygène catalytique, de Bethe et von Weizsäcker.

La fusion nucléaire réalisée dans les bombes à hydrogène ou bombes H concerne des isotopes intermédiaires de la fusion (l'hydrogène se transforme en hélium), comme celle qui se déroule dans les étoiles : isotopes lourds de l'hydrogène, hélium 3, tritium, etc. Mais, dans une bombe H, les réactions nucléaires ne durent que quelques dizaines de nanosecondes, ce qui permet uniquement des réactions en une unique étape. Or, pour aboutir à la transformation de l'hydrogène en hélium, il faut plusieurs étapes dont la première, la réaction d'un proton, est très lente.

Le corps simple hydrogène

Sauf aux pressions extrêmement basses (comme dans l'espace intergalactique) ou extrêmement hautes (comme dans les parties centrales de Jupiter et Saturne), le corps simple hydrogène est formé de molécules H₂ (dihydrogène).

Aux pressions extrêmement hautes, l'hydrogène est dans un état dit « sombre », intermédiaire entre un gaz et un métal. Il ne reflète pas la lumière et ne la transmet pas. Il devient aussi très faiblement conducteur d'électricité. Il s'apparente aux métaux alcalins qui le suivent dans le groupe 1 du tableau de Mendeleïev.

Aux pressions les plus basses, l'hydrogène est un gaz monoatomique.

Isomérie

La molécule de dihydrogène existe sous deux isomères de spin nucléaire: l'hydrogène ortho (spins parallèles) et l'hydrogène para (spins antiparallèles).

Hydrogène gazeux

Dans les conditions normales de température et de pression, comme dans la plupart des conditions qui intéressent la chimie et les sciences de la Terre, l'hydrogène est un gaz moléculaire de formule H₂, le dihydrogène. Le dihydrogène forme aussi de vastes « nuages moléculaires » dans les galaxies, qui sont à l'origine de la formation des étoiles.

À très basse pression et très haute température l'hydrogène est un gaz monoatomique (donc de formule H), c'est notamment le cas du gaz interstellaire ou intergalactique. En raison de l'immensité de ces espaces et malgré la très faible densité du gaz, l'hydrogène monoatomique constitue près de 75 % de la masse baryonique de l'univers.

Hydrogène solide

L'hydrogène solide est obtenu en abaissant la température en dessous du point de fusion du dihydrogène, situé à 14,01 K (−259,14 °C). L'état solide fut obtenu pour la première fois en 1899 par James Dewar.

Hydrogène métallique

L'hydrogène métallique est une phase de l'hydrogène survenant lorsqu'il est soumis à une très forte pression et à de très basses températures. C'est un exemple de matière dégénérée. D'aucuns estiment qu'il y a un intervalle de pressions (autour de 400 GPa) sous lesquelles l'hydrogène métallique est liquide, même à de très basses températures.

Hydrogène triatomique

L'hydrogène triatomique est une forme allotropique très instable du corps simple hydrogène, de formule H₃.

Propriétés chimiques et composés

Ions hydron H⁺, hydronium H₃O⁺ et hydrure H^–

L'atome d'hydrogène peut perdre son unique électron pour donner l'ion H⁺, désigné couramment par le nom de proton. En effet l'atome qui a perdu son seul électron est réduit à son noyau, et dans le cas de l'isotope le plus abondant ¹H, ce noyau n'est constitué que d'un proton. Cette appellation n'est pas rigoureusement correcte si l'on tient compte de la présence, certes discrète (inférieure à 0,02 %), des autres isotopes. L'appellation hydron est plus générale (on dit aussi ion hydrogène, malgré la confusion possible avec l'anion H^–). Son rayon est très petit : environ 1,5 × 10⁻¹⁵ m contre 5 × 10⁻¹¹ m pour l'atome.

En solution, le proton n'existe pas à l'état libre mais est toujours lié au nuage électronique d'une molécule. En solution aqueuse il est solvaté par des molécules d'eau ; on peut en simplifiant considérer qu'il est capté par une molécule d'eau H₂O, formant un ion « hydronium » H₃O⁺, aussi appelé « oxonium » ou « hydroxonium ».

L'atome d'hydrogène peut aussi acquérir un second électron pour donner l'ion « hydrure » H^–, ce qui lui confère le même cortège électronique stable que l'atome d'hélium.

Réactions acido-basiques

L'hydrogène joue un rôle primordial dans une réaction acido-basique (au sens de la théorie de Brønsted-Lowry) puisque cette dernière correspond formellement à l'échange d'un ion hydrogène H⁺ entre deux espèces, la première (l'acide) libérant H⁺ par rupture d'une liaison covalente, et la deuxième (la base) captant cet H⁺ par formation d'une nouvelle liaison covalente :

${\begin{matrix}{\mbox{AH}}&+&{\mbox{B}}&=&{\mbox{A}}^{-}&+&{\mbox{BH}}^{+}\\{\mbox{acide1}}&&{\mbox{base2}}&&{\mbox{base1}}&&{\mbox{acide2}}\end{matrix}}$

Liaison hydrogène

La liaison hydrogène est une interaction électrostatique entre un atome d'hydrogène, lié chimiquement à un atome électronégatif A, et un autre atome électronégatif B (A et B étant typiquement O, N ou F en chimie organique).

Cette liaison joue un rôle important en chimie organique, puisque les atomes d'oxygène O, d'azote N ou de fluor F sont susceptibles de créer des liaisons hydrogène, mais aussi en chimie inorganique, entre les alcools et les alcoolates métalliques.

Composés covalents

L'atome d'hydrogène peut engager son unique électron pour former une liaison covalente avec de nombreux atomes non-métalliques.

Les composés les plus connus sont :

• la molécule de dihydrogène H₂ ;
• la molécule d'eau H₂O ;
• les molécules d'hydrocarbures C_xH_y.

L'hydrogène est également présent dans toutes les molécules organiques, où il est lié principalement à des atomes de carbone, d'oxygène et d'azote.

Hydrures

L'hydrogène se combine avec la plupart des autres éléments car il possède une électronégativité moyenne (2,2) et peut ainsi former des composés avec des éléments métalliques ou non-métalliques. Les composés qu'il forme avec les métaux sont appelés « hydrures », dans lesquels il se trouve sous forme d'ions H⁻ trouvés généralement en solution. Dans les composés avec les éléments non-métalliques, l'hydrogène forme des liaisons covalentes, car l'ion H⁺ a une trop forte tendance à s'associer avec les électrons. Dans les acides en solution aqueuse, il se forme des ions H₃O⁺ appelés ions « hydronium » ou encore « oxonium », association du proton et d'une molécule d'eau.

Agressivité à l'égard des matériaux

L'hydrogène corrode de nombreux systèmes d'alliages en les fragilisant. Ceci peut conduire à des défaillances catastrophiques, par exemple de piles à combustible ou de certains processus catalytiques. C'est un problème grave pour les industries qui produisent ou utilisent de l'hydrogène. C'est encore un frein à la production, au transport, au stockage et à un large usage de ce produit.

La science des matériaux recherche des matériaux plus résistants à la fragilisation par l'hydrogène, mais ce travail est rendu difficile par la difficulté de mesurer ou d'observer l'hydrogène de manière expérimentale et à l'échelle atomique. Chen et al. ont réussi en 2017 à observer la répartition tridimensionnelle (3D) précise des atomes d'hydrogène dans la matière grâce à une nouvelle approche de la tomographie par sonde atomique basée sur la deutérisation, le transfert cryogénique et des algorithmes appropriés d'analyse de données.

Production et usages

Dans un rapport publié en juin 2019, l'Agence internationale de l'énergie note la polyvalence de l'hydrogène, qui peut être produit à partir de tous les combustibles fossiles, des énergies renouvelables et du nucléaire, peut être transporté sous forme gazeuse ou liquide et être transformé en électricité ou en méthane pour un large éventail d'usages.

Production industrielle

L'hydrogène est actuellement presque entièrement produit à partir de gaz naturel et de charbon.

Pour ses propres besoins, l'industrie produit de l'hydrogène (ex. : en France, plus de 900 000 t/an d'hydrogène, notamment pour la désulfurisation de carburants pétroliers et pour fabriquer l'ammoniac des engrais nitratés — l'hydrogène est alors un intrant chimique et non un vecteur énergétique). Le processus industriel le moins cher pour produire cet hydrogène, en 2018, est le reformage d'hydrocarbures, le plus souvent par vaporeformage du gaz naturel (lequel est essentiellement composé de méthane). À une température comprise entre 700 et 1 100 °C, la vapeur d'eau réagit avec le méthane en donnant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène. La purification de l'hydrogène étant plus facile sous forte pression, le reformage est réalisé sous une pression de vingt bars. Le mélange hydrogène/monoxyde de carbone est communément appelé « gaz de synthèse ». Si la réaction est faite en présence d'un excès de vapeur d'eau, le monoxyde de carbone est oxydé au niveau d'oxydation supérieur, conduisant au dioxyde de carbone, ce qui augmente la production d'hydrogène.

La production industrielle « traditionnelle » d'hydrogène à partir d'hydrocarbures fossiles a un mauvais bilan carbone et est très émettrice de gaz à effet de serre, avec presque dix millions de tonnes d'équivalent CO₂ par an vers 2015-2017, soit 7,5 % des émissions de gaz à effet de serre de l'industrie française, d'après l'ADEME en 2018, et des émissions de CO₂ équivalentes en 2019 à celles de l'Indonésie et du Royaume-Uni réunis. Mais le coût de production de l'hydrogène à partir d'électricité renouvelable, élevé, pourrait baisser de 30 % d'ici 2030 grâce au déclin des coûts des énergies renouvelables et aux économies d'échelle.

La société Air liquide possède une maîtrise particulière de ce processus. En 2015, elle a mis en service en Arabie saoudite, sur le site de Yanbu, une unité ayant une capacité totale de production d'hydrogène de 340 000 m³/h aux CNTP.

En 2019, L'agence australienne d'énergie renouvelable (ARENA) va aider à hauteur de 9,41 millions de dollars australiens (8,5 M€) un projet du Groupe Hazer (compagnie d'énergie renouvelable australienne) visant à convertir du biogaz issu de méthanisation de boues d'épuration en hydrogène et en graphite. Hazer veut construire une usine démonstratrice de 15,8 millions de dollars US à Munster (Australie de l'Ouest).

Filière hydrogène et enjeux pour le développement durable

La filière hydrogène produit, stocke, promeut et valorise l'hydrogène et la recherche sur l'hydrogène. En 2015, des expérimentations d'hydrogène vert (décarboné) existent mais ce gaz est encore « majoritairement produit à partir de gaz naturel (fossile) et employé comme composant chimique dans des procédés industriels », avec un mauvais bilan carbone et une contribution conséquente à l'effet de serre. La filière est néanmoins présentée comme intéressante pour le développement durable, car :

• s'il est fabriqué par électrolyse d'eau et de manière décarbonée en valorisant des surplus d'électricité renouvelables intermittentes (éolien et photovoltaïque principalement), ce vecteur énergétique peut être stocké, notamment en cycles inter-saisonniers, puis utilisé en méthanation et/ou injecté dans le réseau de gaz (6 à 20 % en volume selon les conditions), facilitant alors l'équilibre et la souplesse du réseau électrique ;
• l'électricité stockable grâce à sa conversion en gaz (hydrogène ou méthane) permettrait de stocker « de l'ordre du TWh par an » et jusqu'à plusieurs dizaines de TWh par an d'électricité selon l'ADEME, quand le taux de pénétration des énergies renouvelables dans le mix électrique atteindra 80 %, et à ce titre pourrait « apporter une contribution importante à la transition vers un modèle énergétique décarboné, notamment dans le secteur du stockage d’énergie » ;
• il peut servir à produire de l'électricité, mais avec une perte de rendement ; celui de l'électrolyse approche 70 %, mais le rendement global d'une production électrique à partir de H₂ serait de 20 % à 30 % selon les applications (ADEM, 2018)) ;
• il est compatible avec l'autoconsommation d'un logement, îlot ou quartier, permettant des stockages sur plusieurs jours, semaines ou mois, en complément de batteries plus utiles pour le stockage à court terme. Il serait déjà économiquement justifié^[Comment ?] dans les zones non interconnectées au réseau électrique continental (ex. : îles isolées, collectivités française d'outre-mer où la production électrique dépend encore du fioul au coût élevé, à 225 €/MWh en moyenne en 2013 selon l'ADEME) ;
• il peut alimenter certaines flottes de véhicules professionnels, sans dans ce cas nécessiter de réseau coûteux de plusieurs centaines de stations-service sur tout le territoire. Selon l'Ademe, « le modèle économique d’une station pour flotte est accessible pour une consommation journalière supérieure à 80 kg H₂/jour, pour une commercialisation de l’hydrogène à moins de 10 €/kg ».

En France

L'ADEME envisage un mix électrique à 40 % composé de "renouvelables" en 2035, puis à 60 % et 70 % en 2050 (contre près de 18 % en 2017, alors en majorité de source hydroélectrique).

La filière cherche à industrialiser ses processus pour diminuer ses coûts (notamment celui de la pile à combustible). Le développement d'une « mobilité hydrogène » est également freiné par un nombre encore très faible de stations de recharge (et de leur capacité encore faible : 10 à 80 kg H₂/j à 350 bar). L'hydrogène peut améliorer la puissance du véhicule, prolonger son autonomie et améliorer la rapidité de recharge, par rapport aux batteries.

L'Ademe juge que l'hydrogène aura un rôle important dans la transition énergétique, comme vecteur d'optimisation des réseaux énergétiques, pour stocker l'énergie dans l'autoconsommation solaire ou photovoltaïque, et pour certains véhicules professionnels, à condition de décarboner sa production grâce à une électrolyse utilisant une électricité verte et à la transformation de la biomasse (vaporeformage de biogaz, pyrogazéification de biomasse solide). Le bilan environnemental de la filière dépendra surtout de « la source primaire utilisée pour fabriquer l'hydrogène ». L'agence invite à limiter à moins de cent kilomètres la distance de transport de l'hydrogène entre le point de fabrication et la station de distribution. Les véhicules à batterie restent à privilégier, lorsque c'est possible (autonomie, disponibilité, etc.), compte tenu du meilleur rendement de ce type de stockage, et les économies d'énergie restent une priorité. L'une des pistes de développement (en cours de test en 2018/2019) est l'injection dans le réseau de gaz, en France via deux démonstrateurs : GRHYD et Jupiter 1000, pour lever les verrous techniques qui subsistent encore.

En juin 2018, le gouvernement français mandate l'Ademe pour lancer le « plan national de déploiement de l’hydrogène » (ou « plan hydrogène »), afin de donner une impulsion à ce secteur dont le « fort potentiel » est perçu par les acteurs publics. L'objectif du gouvernement est « de créer une filière industrielle française décarbonée, d'ouvrir de nouvelles perspectives au stockage des énergies renouvelables et de développer des solutions zéro émission pour les transports ». Un an après, l'agence publique a réalisé de multiples appels à projets, dont « Écosystèmes de mobilité hydrogène », qui a permis de sélectionner des projets « sur tous les territoires » et diversifiés, comme « la livraison du dernier kilomètre en milieu urbain, le transport collectif de personnes en bus ou en navette maritime, la location de voitures, la collecte de déchets, les flottes d'entreprises et de collectivités, ou encore l'usage de poids lourds comme véhicules de chantier ».

Le CEA, promet une nouvelle technologie d'électrolyse industrielle, baptisée rSOC avec un seul métal précieux : l'Indium (un métal utilisé dans les écrans LCD), avec de moindres températures (de 700 °C à 800 °C) et une moindre consommation électrique. Elle est également réversible, permettant de produire de l'hydrogène ou de restituer de l'énergie électrique telle une pile à combustible.

Fin 2019, Air Liquide et Engie s'associent à l'agglomération Durance, Lubéron, Verdon (DLVA) pour produire, stocker et distribuer de "l'hydrogène vert" (dans le cadre du projet "HyGreen Provence" lancé en 2017, visant 1 300 GWh d'électricité solaire et plusieurs milliers de tonnes:an d'hydrogène produit par électrolyse. Plusieurs dizaines de milliers de tonnes d'hydrogène renouvelable par an pourraient être produites à terme, stockable dans une cavité saline locale.

En Belgique

Une équipe de la KUL conçoit un prototype de cellule photoélectrochimique de 1,6 m² produisant en moyenne 250 litres de dihydrogène par jour à partir de la vapeur d'eau atmosphérique. Le dispositif convertit 15 % de l'énergie solaire en dihydrogène et en dioxygène. Et cette technologie ne fait pas appel à des métaux précieux ou autres matériaux coûteux. Avec vingt panneaux, une maison bien isolée serait autonome en électricité et en chauffage pendant un an.

Colruyt Group (acteur belge important de la distribution) veut décarboner ses activités autant que possible. Un de ses centres logistiques est en 2018 équipé de 75 élévateurs alimentés à l'hydrogène « décarboné » et sa flotte de camion doit être convertie d'ici 2030. Avec un acteur gazier, se prépare un projet d'installation de 12 à 25 MW (extensible) de convertion en hydrogène dl'électricité issue de l'éolien en mer, à échelle industrielle..

Au Japon

Fin 2017, le Japon, gros importateur d'énergie, confirme vouloir devenir chef de file en tant que « société hydrogène » avec un objectif de « parité coût » avec l’essence et le GNL pour la production électrique. Comme pour le nucléaire autrefois, l'hydrogène est présenté comme un moyen majeur de décarboner l'énergie, mais les projets pilotes donneront leurs conclusions vers 2020. En 2018, le Japon est en tête pour la mobilité hydrogène, avec près de 2 500 voitures à pile à hydrogène en circulation et plus de cent stations hydrogène (contre 45 en Allemagne, 42 aux États-Unis et une vingtaine en France au même moment). Le pays vise à diviser par plus de trois le coût de production avant 2030, puis de 80 % avant 2050. Entre 2013 et 2017, l'État japonais a déjà investi 1,5 milliard de dollars dans la R&D et le développement de l’hydrogène.

En Californie

En octobre 2019, la Californie compte 7 570 voitures à hydrogène immatriculées et les 42 stations publiques américaines.

Toxicité, écotoxicité

Très peu d'études semblent avoir été menées à ces sujets, probablement parce que les organismes vivants ne sont pas supposés être dans la nature exposés à de l'hydrogène gazeux. En effet, ce gaz étant très léger, il se disperse rapidement vers les très hautes couches de l'atmosphère.

En matière de toxicité pour l'homme, l'hydrogène peut être absorbé dans l’organisme par inhalation. En milieu industriel ou en présence d'une fuite importante, une concentration nocive de ce gaz (sans odeur) dans l'air peut être rapidement atteinte (et former aussi un mélange explosif avec l'air, l'oxygène, les halogènes et tout oxydant puissant, surtout en présence d'un catalyseur métallique comme le nickel ou le platine). À concentration élevée, l'hydrogène expose à une aggravation de problèmes pulmonaires préexistant et à une anoxie, avec alors des « symptômes tels que maux de tête, bourdonnements dans les oreilles, vertiges, somnolence, perte de conscience, nausée, vomissements et dépression de tous les sens » et une peau pouvant prendre une teinte bleutée, avant asphyxie si l'exposition se prolonge.

L'hydrogène n'est pas à ce jour (2019) connu comme étant source de mutagénicité, d'embryotoxicité, de tératogénicité ni de toxicité pour la reproduction.

Notes et références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Solid hydrogen » (voir la liste des auteurs).

Voir aussi

Articles connexes

• Antihydrogène
• Dihydrogène (H₂)
• Hydrogène kaonique
• Hydrogène liquide
• Hydrogène métallique
• Hydrogénoduc
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• Économie hydrogène

Liens externes

• (en) « Technical data for Hydrogen » (consulté le 23 avril 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope.
• (en) Images de l'hydrogène et de ses isotopes sous différentes formes.
• (en) 2001 - Properties of solid hydrogen at very low temperatures.
• (en) Solid hydrogen experiments for atomic propellants.

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