Moteur à hydrogène - Définition
Le moteur à hydrogène est un moteur à combustion interne utilisant l'hydrogène comme carburant.
Souvent improprement nommé " moteur à eau ", ce moteur a comme principal avantage de réduire les émissions polluantes par rapport aux autres moteurs à combustion interne (utilisant des hydrocarbures) : les produits de combustions sont seulement la vapeur d'eau et éventuellement des NOx.
L'hydrogène possède une énergie massique de combustion très importante, mais comme c'est également l'élément le plus léger, l'énergie volumique de combustion est faible. Dans le cas d'un véhicule, le problème du stockage de l'hydrogène ou de sa production à bord se pose.
Combustion de l'hydrogène
Le classique moteur à piston est peu adapté à la combustion de l'hydrogène. La faible densité du gaz nécessite des conduits d'admission et des soupapes de grand diamètre, et la course sinusoïdale du piston crée un pic de pression trop long au point mort haut pour permettre un fonctionnement en détonation.
Il existe toutefois des alternatives comme la quasiturbine ou le moteur Wankel.
Stockage
La nature fortement inflammable de l'hydrogène en présence de l'oxygène de l'air fait souvent craindre les risques d'explosion quand il est stocké en quantité. Les catastrophes qui ont touché des dirigeables gonflés à l'hydrogène, comme le Hindenburg, ont marqué les esprits. On notera toutefois que l'hydrogène est très volatil et se dissipe rapidement en cas de fuite, et que s’il entre facilement en combustion, les véritables explosions sont très rares.
Stockage gazeux (pression faible)
C'est la méthode la plus simple, mais elle nécessite un volume très important.
Stockage gazeux (pression élevée)
Volume de stockage plus faible, mais nécessite une dépense d'énergie pour effectuer la compression.
Stockage liquide (cryogénique)
Volume de stockage encore plus faible, mais nécessite une dépense d'énergie très importante pour effectuer la compression avec changement d'état. Cette technique est notamment utilisée dans le domaine spatial.
Cependant, l'hydrogène étant le plus petit élément chimique, son stockage nécessite l'utilisation de matières spéciales empêchant toute fuite. Cette propriété de traverser les éléments implique d'énormes précautions, ne permettant pas de rentabiliser facilement son utilisation.
Stockage moléculaire ("Éponges à hydrogène")
C'est un des axes de recherche prometteurs qui va permettre d'utiliser l'hydrogène pour nos voitures. L'hydrogène est plus inflammable et explosif que l'essence et son stockage constitue cependant un problème. Afin de le résoudre, quelques équipes à travers le monde étudient la piste des hydrures métalliques. Ces alliages sont, en effet, capables d'absorber et de stocker l'hydrogène, à l'image d'une éponge, de manière stable et sûre. Seulement, on ne connaît que très mal les mécanismes qui permettent à ces composés d'absorber l'hydrogène gazeux. Un mystère que l'équipe de Klaus Yvon, professeur au Laboratoire de cristallographie de l'Université de Genève, a réussi à éclaircir grâce à une étude soutenue par le Fonds national suisse (FNS) et parue récemment dans la revue Physical Review Letters.
L'alliage métallique LaMg2Ni (lanthane, magnésium, nickel) est un conducteur électrique. En présence d'hydrogène (H2), il forme l'hydrure métallique LaMg2NiH7 qui, lui, est un isolant. Cette propriété pourrait en faire un détecteur d'hydrogène efficace et bon marché. De plus, les chercheurs ont enfin compris le mécanisme d'absorption pour ce type d'hydrures, qui peuvent contenir une plus grande densité d'hydrogène que l'hydrogène liquide lui-même ! Enfin, un hydrure métalique à été trouvé par les allemands en 2003 afin de construire un réservoir pour un sous-marin militaire à hydrogène. Comme tous les hydrures, ce réservoir allemand chauffe en stockant de l'hydrogène et refroidit en libérant l'hydrogène. Pour conclure, cet hydrure est lourd, cher et complexe à créer. Néanmoins des sous-marins allemands et bientôt grecs fonctionnent grâce à ce type de stockage.
Production embarquée
Afin de contourner les problèmes de stockage de l'hydrogène, il est possible de le produire à la demande à partir d'un composé riche en hydrogène, mais dont le stockage est plus simple.
Production par photosynthèse (cyanobactéries)
Certaines bactéries peuvent décomposer chimiquement l'eau en oxygène et hydrogène à l'aide de réactions photosynthétiques. Ceci permettrait de produire de l'hydrogène à l'aide d'énergie solaire. Des recherches sont en cours dans ce domaine, notamment en terme de génie génétique.
Production
Production par électrolyse de l'eau
La production d'hydrogène par électrolyse de l'eau consiste à dissocier la molécule d'eau (H2O) en molécules d'hydrogène et d'oxygène, en faisant passer un courant électrique dans l'eau.
Mais il y a un problème, une réserve d'hydrogène est très inflammable donc s'il y a accident, il y a risque d'explosion
Ajoutons que pour produire l'hydrogène il va falloir consommer beaucoup d'électricité.
Production par électrolyse pulsée
L'utilisation de courant alternatif à la "fréquence de résonance de la molécule d'eau" pourrait améliorer le rendement de l'électrolyse, et produit directement un mélange oxygène + hydrogène. Ce "procédé" n'a actuellement aucun fondement scientifique et semble relever du simple canular. Rappelons que selon la modélisation scientifique actuelle de l'univers ce procédé ne peut pas produire plus d'énergie qu'il n'en consomme. Voir Conservation de l'énergie. Cela ne signifie pas pour autant que de l'énergie en quantité quasi illimitée (à notre échelle) ne soit pas puisable sur des plans qui dépassent notre conscience. L'avenir le dira.
Production par reformage d'hydrocarbures
Ce procédé est utilisé dans l'industrie et dans certains projets de pile à combustible. Les résidus carbonés produits peuvent poser également des problèmes de pollution.
Production par réaction chimique
La production d'hydrogène peut également être obtenu par réaction chimique en mettant en contact de l'eau, de la soude et de l'aluminium. D'autres formules chimiques existent permettant d'extraire l'hydrogène de l'eau. Ce procédé a été utilisé avec succès pour produire de l'électricité.
