L’hydrogène pourrait être une solution aux problèmes de l’épuisement des réserves de combustibles classiques et de la dégradation de l’environnement.
Si l’hydrogène est universellement répandu, on le trouve rarement à l’état pur. Il et généralement prisonnier de l’eau, des combustibles fossiles et des êtres vivants, si bien que son utilisation comme source d’énergie n’est possible qu’à condition de l’isoler. Aujourd’hui, près de la moitié de la production mondiale d’hydrogène se fait à partir de gaz naturel soumis à un processus de reformage par vaporisation. Toutefois, il existe une façon de le produire sans avoir recours aux hydrocarbures. Il s’agit de recourir à l’électrolyse de l’eau. Pour produire l’électricité nécessaire à l’électrolyse, on pourrait utiliser des formes d’énergies renouvelables.
Au cours du mois de février 2003, l’Islande a annoncé qu’elle entreprenait un plan à long terme visant à faire du pays la première économie à l’hydrogène du monde. Le projet est de convertir toute l’économie islandaise à l’hydrogène en 20 ans, éliminant ainsi les combustibles fossiles de la vie du pays. Un projet similaire est en cours de réalisation à Hawaï.
L’hydrogène deviendra-t-il le combustible renouvelable et inépuisable de l’avenir ? Les scientifiques étudient 2 pistes différentes. L’une, très avancée et en phase de développement, est celle de la pile à combustible. L’autre – beaucoup plus lointaine – est celle de la fusion de noyaux d’hydrogène.
Par opposition à une pile classique qui « épuise » les réactifs électrochimiques qui engendrent le courant, une pile à combustible est un générateur d’électricité (et accessoirement de chaleur) qui utilise la réaction entre de l’hydrogène constamment renouvelé (comme combustible) et l’oxygène de l’air (comme comburant), pour produire de l’eau en libérant des électrons. Une intense activité de recherche industrielle sur de très nombreuses variantes de piles à combustible – aussi bien pour des moteurs électriques de voitures que pour de nouvelles générations de centrales d’électricité et de chaleur – se développe tant en Europe qu’aux Etats-Unis et au Japon. Ce mode prometteur de production énergétique durable devrait pénétrer sérieusement le marché d’ici une à deux décennies.
Pile à combustible : « L’hydrogène énergie » en quête de sécurité
Candidate comme source d’énergie propre pour les véhicules du futur, la pile à combustible est aussi une alternative prometteuse pour des applications à l’échelle industrielle. Au sein d’un projet européen, un consortium d’entreprises allemandes et danoises a ainsi mis au point un nouveau type de groupe électrogène mobile, capable d’alimenter des installations à la fois en électricité et en chaleur.
Dans le cadre du projet européen Hysafe, le CEA s’attache à améliorer la connaissance des phénomènes accidentels liés à l’hydrogène : quels sont-ils ? Quel est leur mécanisme ? Quels risques présentent-ils ? Environ 40 industriels et centres de recherche participent à Hysafe, qui a pour toile de fond le développement de l’hydrogène « vecteur d’énergie » : pour qu’il devienne une technologie grand public, son utilisation doit impérativement être sûre.
Comment garantir que l’utilisation de l’hydrogène restera sûre, quand ce gaz hautement énergétique et fortement explosif sera mis à la disposition de tous ? C’est une des questions les plus délicates posées par la montée en puissance de la pile à combustible. Demain, si elle se généralise, l’hydrogène sera partout : maisons, réseaux de distribution, automobiles, stations services… Les utilisateurs ne seront plus des spécialistes qualifiés, mais des citoyens ordinaires aux comportements multiples et imprévisibles : un quidam n’a-t-il pas un jour fait « sécher » son chat dans un micro-ondes ?
« L’objectif du projet européen Hysafe est précisément de promouvoir une culture de sûreté européenne, applicable à des technologies qui devront être « idiot proof », explique Henri Paillère, de la Direction de l’énergie nucléaire du CEA. En sachant que l’hydrogène a des propriétés redoutables. Si son potentiel énergétique est inégalable (120 kJ/g contre 50 pour le gaz naturel), il a pour revers une forte capacité à entrer en combustion : 20 microjoules suffisent. Selon sa concentration dans l’air, l’hydrogène peut brûler ou exploser. Au-delà de 12 % de concentration, la détonation génère 20 bars de pression et propage une flamme à 2 000 m/s ! Circonstance largement atténuante : l’hydrogène se disperse très vite dans l’air, 5 fois plus que le méthane, ce qui limite le risque de formation de nuage explosif en milieu non confiné.
Au-delà de ces données physiques connues de longue date, la mission du CEA consiste à passer en revue tous les phénomènes accidentels liés à l’hydrogène. Phénomènes qui peuvent être dus à une défaillance du stockage (perméation, brèche, rupture d’une soupape…), se produire à l’air libre, dans un garage souterrain, un garage particulier, un tunnel, etc. ; les scénarios ne manquent pas. « Nous les étudierons avec les codes de calcul développés pour les études de sûreté des centrales nucléaires. Des benchmarks seront réalisés au niveau européen avec d’autres codes de calcul de fuite, de dispersion atmosphérique et de modélisation d’explosions ».
Ce double criblage largement éprouvé dans le nucléaire (outils de calcul, scénarios accidentels) servira in fine à dégager les phénomènes les plus mal connus, et ayant l’impact sécurité le plus fort. C’est là, bien sûr, qu’il faut concentrer les efforts et réaliser les programmes expérimentaux, ce qui pourra être fait au CEA, dans des laboratoires universitaires ou dans les organismes partenaires de Hysafe.
En plus de ses objectifs immédiats, Hysafe servira à faire naître un réseau d’excellence en matière de sécurité de l’hydrogène, appelé à durer au-delà du programme. A ce titre, le dispositif n’est pas fermé : des mécanismes d’entrée de nouveaux partenaires sont prévus.
La fusion
L’ambition sans commune mesure de la fusion nucléaire vise à reproduire de façon contrôlée le gigantesque processus de production d’énergie se déroulant dans l’univers stellaire par la fusion de noyaux d’hydrogène en noyaux plus lourds d’hélium.
Depuis plus de 4 décennies, l’Europe s’est investie dans un vaste effort de recherche sur cette énergie du futur, qui lèverait radicalement l’hypothèque que fait peser l’épuisement progressif des ressources fossiles, tout en ne produisant ni émissions polluantes, ni déchets radioactifs.
Les chercheurs utilisent notamment des réacteurs appelés tokamaks pour réaliser une réaction nucléaire similaire à celle qui génère de l’énergie au cœur des étoiles. La fusion contrôlée s’opère à partir d’atomes de deutérium et de tritium (2 isotopes de l’hélium).
Le projet ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) a pour but de construire un réacteur expérimental de fusion contrôlée par confinement magnétique. Et cela afin de démontrer la faisabilité scientifique d’un réacteur électrogène. Pour accueillir ce projet international, 4 pays se sont proposés : le Canada, le Japon, l’Espagne et la France.
