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Moteur à hydrogène

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 (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à...) (utilisant des hydrocarbures) : les produits de combustions sont seulement la vapeur () d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et éventuellement des NOx (NOx, de N symbole de l'azote, O celui de l'oxygène et x représentant une stœchiométrie inconnue est une abréviation...).

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 (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie...) à piston est peu adapté à la combustion de l'hydrogène. La faible densité du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la...) nécessite des conduits d'admission et des soupapes de grand diamètre, et la course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) sinusoïdale du piston crée un pic de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) trop long au point mort haut (En mécanique avec un dispositif utilisant un piston alternatif (moteur à explosion ou compresseur, par exemple), on parle de point mort haut et de point mort bas. Il s'agit des deux moments où le piston s'arrête au bout de...) pour permettre un fonctionnement en détonation.

Il existe toutefois des alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.) comme la quasiturbine (Le moteur Quasiturbine ou Qurbine est un type de moteur rotatif à combustion, inventé par la famille québécoise...) ou le moteur Wankel (Le moteur Wankel fut inventé, développé, et son brevet vendu par celui qui lui a donné son nom : Félix Wankel.).

Stockage

La nature fortement inflammable de l'hydrogène en présence de l'oxygène de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec...) fait souvent craindre les risques d'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation s'effectue rapidement, plus la...) 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 (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) très important.

Stockage gazeux (pression élevée)

Volume de stockage plus faible, mais nécessite une dépense d'énergie pour effectuer la compression.

Stockage liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) (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 (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) prometteurs qui va permettre d'utiliser l'hydrogène pour nos voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est...). L'hydrogène est plus inflammable et explosif (Un explosif est un composé chimique défini ou un mélange de corps susceptibles lors de leur transformation, de dégager en un temps très court, un grand volume...) que l'essence et son stockage constitue cependant un problème. Afin de le résoudre, quelques équipes à travers le monde (Le mot monde peut désigner :) 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 (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments chimiques.) 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 (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes. On distingue : les isolants électriques, les isolants...). Cette propriété pourrait en faire un détecteur d'hydrogène efficace et bon marché. De plus, les chercheurs ont enfin compris le mécanisme d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux...) 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 (Un sous-marin est un navire capable de se déplacer dans les trois dimensions, sous la surface de l'eau ; il se distingue ainsi des autres bateaux et navires qui se déplacent dans deux dimensions et uniquement...) 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 (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) 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 (Le courant alternatif (qui peut être abrégé par CA, ou AC, pour Alternating Current en anglais, étant cependant souvent utilisé) est un courant...) 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 (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les...) 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 (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la chaleur : la combustion.). Les résidus carbonés produits peuvent poser également des problèmes de pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par malsain...).

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 (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.). 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.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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