Les vecteurs énergétiques utilisés comme carburant sont par définition explosifs et inflammables. Les différents types de combustibles ont des propriétés physiques tout à fait différentes et doivent être donc manipulés de façon différente. Aucun système de combustible ne peut être présenté comme totalement sûr, mais les risques d’accident peuvent être réduits de façon significative par un stockage approprié, des méthodes de transport et de manipulation adaptées. La sécurité est importante dans une infrastructure énergétique de grande échelle. Le point de vue de Bellona est que l’hydrogène est plutôt moins dangereux que toute autre vecteur énergétique et, de plus, que l’hydrogène a des propriétés qui dans certains sites le rend le plus sûr des vecteurs énergétiques : il n’est pas toxique, et a la faculté de se dissiper rapidement dans l’atmosphère vu son faible poids par rapport à l’air.
Il est très peu probable que l’hydrogène explose en plein air puisqu’il s’élève rapidement de par sa légèreté. C’est le contraire de ce que nous avons avec les gaz plus lourds comme le propane ou les vapeurs d’essence, qui, stagnant près du sol, constituent un grand danger d’explosion.
La flamme de l’hydrogène brûle rapidement et émet très peu de chaleur (l’hydrogène n’émet par radiation que 10% de la chaleur des hydrocarbures pour une quantité d’énergie équivalente). Cela veut dire qu’un feu d’hydrogène causera beaucoup moins de dégâts dans les environs immédiats qu’un feu d’essence et créera aussi moins de gaz dangereux générés par l’inflammation de matières » secondaires « .
D’autres propriétés de l’hydrogène exigent une attention particulière lors de sa manipulation. L’hydrogène est constitué de petites molécules qui exigent des qualités spéciales pour les matériaux utilisés pour son stockage et son transport. L’hydrogène crée des mélanges inflammables et explosifs avec l’air, et ce sur un large spectre (voir tableau 5). Ces mélanges n’ont besoin que de très peu d’énergie pour s’enflammer. La ventilation est donc un facteur important pour les sites utilisant l’hydrogène.
Caractéristiques
Hydrogène
Gaz naturel
Essence
Pouvoir calorifique bas (kJ :g)
120
50
44,5
Température d’auto-inflammation (°C)
585
540
228-501
Température de flamme (°C)
2 045
1 875
2 200
Limites d’inflammabilité dans l’air (%vol)
4-75
5,3-15
1,0-7,6
Energie minimale d’inflammation
20
290
240
Limites de détonabilité dans l’air (%vol)
18-59
6,3-13,5
1,1-3,3
Energie explosive théorique (kg TNT/m3 gaz)
2,02
7,03
44,22
Coefficient de diffusion dans l’air (cm2/s)
0,61
0,16
0,05
Tableau 5 : Quelques données sur la sécurité de l’hydrogène et d’autres carburants
A la fin des années 1950, Lockheed Aerospace a réalisé des expériences sur les propriétés détonantes de l’hydrogène liquide (LH2). Sur une série de 61 tests, dans lesquels des bonbonnes de LH2 étaient soumises à de fortes contraintes mécaniques (comme l’écrasement de la bonbonne par un objet lourd), il n’y avait eu aucun cas de détonation suite à ces chocs directs. Dans deux tests seulement – en utilisant de grandes quantités d’oxygène liquide et une charge explosive forte – il a été possible de faire exploser l’hydrogène.
En 1980, Lockheed Martin et Arthur D Little réalisèrent deux études en parallèle pour le Centre de Recherche Lewis de la NASA pour déterminer les risques de sécurité en cas d’écrasement d’un avion à hydrogène. L’avion à hydrogène a été comparé à un avion de même type utilisant du carburant classique, et les avions furent soumis aux mêmes tests.
Le scénario utilisait un avion de 400 places et comprenait un crash à l’atterrissage et un crash en vol. La conclusion a été que l’hydrogène liquide induit des dégâts moindres que le carburant classique, spécialement parce que l’hydrogène s’évapore rapidement, brûle vite et dégage de la chaleur à faible diffusion. Si un avion à hydrogène s’écrase et que le carburant commence à brûler, les chances de survies sont probablement plus grandes que pour un avion normal.[Brewer 1991]
Quand de nouveaux systèmes à hydrogène seront lancés, des systèmes de sécurité plus globaux seront construits par rapport aux systèmes à essence existants. La BMW 750hl (voir 3.1.1), qui utilise l’hydrogène, possède un toit ouvrant et des vitres qui s’ouvrent automatiquement bien avant que le niveau d’hydrogène dans la voiture n’atteigne 4%.[Hart 1998] Les test d’écrasements actuels de ces véhicules et les simulations par ordinateur montrent que ces voitures sont sûres en cas d’accident.[BMW 2001]
L’essence a été le carburant préféré pour les voitures depuis une centaine d’années, malgré le nombre considérable d’accidents dans lesquels les feux d’essence ont tué des personnes. Nous sommes accoutumés aux risques de l’essence tandis que l’on a attribué injustement à l’hydrogène une mauvaise réputation. Dans la suite, sont décrits quelques accidents et les circonstances que beaucoup associent à l’hydrogène.
Hydrogène – Mélange avec l’air
Des mélanges avec des proportions d’hydrogène de 4 à 75% sont inflammables et des mélanges de 18 à 59% sont explosifs.[Brewer 1991] De la même manière, l’essence est explosive entre 1,1 et 3,3% – en d’autres mots, un point d’inflammation beaucoup plus bas que l’hydrogène. Dans la majorité des accidents, c’est le point le plus bas qui est décisif. Il est très difficile de faire exploser l’hydrogène en plein air. Ceci est lié au fait que l’hydrogène est beaucoup plus léger que l’air (14,4 fois) et s’échappe à une vitesse de 20 m/s (72 km/h). Des détecteurs de fuite, de la ventilation et d’autres systèmes de sécurité doivent être installés si l’hydrogène est utilisé en intérieur, comme dans les garages automobiles.[Swain 1998]
Le gaz de ville
Le gaz de ville, qui a alimenté anciennement la plupart des grandes villes (comme Oslo), contenait environ 50% d’hydrogène. Le gaz de ville était utilisé pour la cuisine, le chauffage et l’éclairage. Le gaz de ville contenait aussi de grandes quantités de CO2 qui peut provoquer l’étouffement. Le gaz de ville était fabriqué à partir du charbon et a été en grande partie remplacé par le gaz naturel, mais on l’utilise encore en Chine, en Afrique du Sud et dans d’autres régions où le gaz naturel est cher ou non disponible.[Winter et al. 1998]
Fusion/Bombe à hydrogène
Une fusion est un amalgame de deux noyaux atomiques légers donnant un noyau atomique plus lourd. La source d’énergie du soleil est la fusion continue de deutérium (atome d’hydrogène avec un noyau constitué d’un neutron et un proton) en hélium. La réaction requiert de fortes pressions et des températures de plusieurs millions de degrés.[Henriksen 1993] Dans une bombe à hydrogène, ou bombe à neutron, une fusion nucléaire est déclenchée. Dans une bombe à hydrogène le lithium-6-deutride [6Li2H] est placé dans une bombe atomique classique pour atteindre une température et un niveau de pression suffisants. Il est absolument impossible de se rapprocher de la fusion nucléaire avec de l’hydrogène normal, dans un accident de voiture ou d’avion.
L’accident du Hindenburg
En 1936, le dirigeable Hindenburg était terminé. Il faisait 245 mètres de long et était propulsé par des moteurs Diesel Daimler-Benz de 1 100 chevaux, et atteignait une vitesse de 135 km/h avec une autonomie de 14 000 km. Le dirigeable pouvait transporter 50 passagers et possédait des cabines, un bar, une salle de restaurant et une promenade ainsi que de grandes fenêtres et des salons panoramiques. Il volait sur une route régulière entre l’Allemagne et les Etats-Unis pour DELAG et a transporté plus de 1 000 passagers en 1936 en 10 aller et retour au-dessus de l’océan Atlantique ; il prenait 65 heures en allant vers l’Est et 52 heures en allant vers l’Ouest.
Le soir du 6 Mai 1937, le Hindenburg s’est écrasé à Lakehurst, New York. Des 97 passagers présents à bord, 35 perdirent la vie. Une personne sur l’équipe à terre a été tuée lors de la chute d’un moteur. Parmi ceux qui sont morts, 27 avaient sauté par dessus bord dans la panique et les 8 autres moururent des suites de brûlures du diesel en feu. Une commission d’enquête demandée par la société Zeppelin a conclu qu’un peu d’hydrogène avait fui des réservoirs internes et avait été enflammé par une étincelle.
Depuis plusieurs années maintenant, Addison Bain a mené une enquête détaillée pour tenter de définir précisément les causes de l’accident. Sa conclusion, après avoir analysé des morceaux de matière utilisé dans le textile du dirigeable, était que le Hindenburg a brûlé parce que ce matériau était très inflammable. Le feu a démarré avec une étincelle d’électricité statique, le résultat d’une erreur de conception. Le gaz hydrogène utilisé pour la sustentation n’a eu aucune influence directe sur l’accident. Bellona recommande de lire le rapport de Bain qui est disponible sur Internet à l’adresse http://www.dwv-Info.de/pm/hindbg/hbe.htm.[Bain et Schmidtchen 2000]
L’accident de Challenger
L’agence spatiale américaine, la NASA, a l’expérience de l’utilisation de l’hydrogène
depuis 1960. La NASA n’a aucune expérience de quelque accident sérieux en lien avec l’hydrogène, même s’il a été associé de façon erronée à l’explosion à bord de Challenger en 1986. L’accident de Challenger était du à la défaillance du mécanisme d’étanchéité dans le système de carburant solide qui fournit une poussée supplémentaire en phase de décollage. L’accident n’a rien à voir avec l’utilisation de l’hydrogène dans le moteur principal (SSME).[Hart, 1998]
Voiture à essence à droite, Voiture à hydrogène à gauche
Une image tirée d’une vidéo qui compare le feu d’une fuite dans une voiture à essence et le même type de fuite dans une voiture à hydrogène. Les photos sont prises une minute après la mise à feu. La flamme de l’hydrogène a commencé à diminuer, la flamme de l’essence s’intensifie. Après 100 secondes, tout l’hydrogène a disparu et l’intérieur de la voiture n’est pas endommagé. La voiture à essence continue à brûler pendant longtemps et a été totalement détruite.[Swain 2001]
