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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 (c’est-à-dire accompagnée d’une production d'énergie sous forme de chaleur ).) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une...) (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.

L'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) possède une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) 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 (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre.), 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 mécanique ou travail.[réf. nécessaire]) à piston est peu adapté à la combustion de l'hydrogène. La faible densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme...) du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre :...) nécessite des conduits d'admission et des soupapes de grand diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.), 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 sa course, avant 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 Saint-Hilaire et initialement breveté en 1996. Ce moteur sans vilebrequin...) 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 (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) 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 matière...) quand il est stocké en quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.). 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 métonymique, la recherche...) 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 équipée en conséquence. C'est un des...). 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...) 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 (Les éponges constituent l’embranchement (vraisemblablement paraphylétique) des Spongiaires et sont des animaux sans système nerveux ni tube digestif. Leur corps n’est formé que par...), 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 (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où les...) 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 thermiques, les...). Cette propriété pourrait en faire un détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de...) 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 d'énergie électronique. Le photon est...) 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...) 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 (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le peptidoglycane. Les...) 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 (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine du...). Des recherches sont en cours dans ce domaine, notamment en terme de génie génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les...).

Production

Production par électrolyse (Dans l'industrie chimique, l'électrolyse est une méthode de séparation d'éléments ou de composés chimiques liés utilisant l'électricité.) de l'eau

La production d'hydrogène par électrolyse de l'eau consiste à dissocier la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite...) 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 (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces déplacements sont...) 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 (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la...).

Production par électrolyse pulsée

L'utilisation de courant alternatif (Le courant alternatif est un courant électrique qui change de sens.) à la "fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans précision, on...) de résonance (Lorsqu'on abandonne un système stable préalablement écarté de sa position d'équilibre, il y retourne, généralement à travers des oscillations propres. Celles-ci...) de la molécule d'eau" pourrait améliorer le rendement de l'électrolyse, et produit directement un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi appelée mélange. Les...) 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 méthodes scientifiques.) 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 (Une pile à combustible est une pile où la fabrication de l'électricité se fait grâce à l'oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur (par exemple l'hydrogène) couplée à la réduction sur l'autre électrode d'un oxydant, tel que...). 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 [1].).

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...). 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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