La voiture à hydrogène
Publié le 04/04/2011
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Le véhicule de demain sera hybride puis électrique, ce n’est pas faute de l’avoir répété. À un moment, la pile à combustible, fonctionnant à l’hydrogène, était considérée comme l’avenir de la production d’électricité pour alimenter les moteurs électriques. Puis la batterie, lithium-ion, a vite éclipsé les rêves d’H. Coût trop élevé, autonomie trop faible, insuffisance criante des infrastructures, énergie par rapport au volume plus faible pour l’hydrogène (3kWh/L) que pour l’essence (9kWh/L). A l’origine, l’objectif initié en 2005 était de faire rouler 100.000 véhicules à l’hydrogène en 2010. 1,2 milliard de dollars de dépenses plus tard, les résultats se font attendre. Cependant, des tests sont menés par plusieurs constructeurs, aux Etats-Unis mais aussi en Europe et au Japon. En 2009, Toyota a même annoncé le lancement en 2015 d’une voiture 100% électrique dotée d’une pile à combustible. Les quantités d'hydrogène contenues dans l'eau sont inépuisables car sa combustion lui permet de rejoindre le cycle de l'eau. Ce raisonnement semble sans failles, et l'hydrogène est présenté comme le carburant de l'avenir
Introduction A. l'hydrogène 1. qu'est ce que c'est ? 2. production et stockage B. la pile à combustible 1.historique 2. fonctionement 3.application C. application à la voiture à hydrogène 1. fonctionement 2. avantages et inconvénients 3. exemples de voitures à hydrogène Conclusion
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combustible, son seul déchet est de l'eau.Actuellement on en consomme 45 million de tonne par an.
Essentiellement pour les industries chimiques.
Si toutecette consommation était utilisée pour l'énergie, cela correspondrait à 1.5% des besoins énergétiques mondiaux.
2.
Production et stockage.
Pour pouvoir dire que l'usage de l'hydrogène est propre, il faut prendre en compte son cycle de vie : du puits à laroue.Même si l'hydrogène est abondant, il est rarement pur dans la nature.
Pour le séparer des autres éléments, il faut del'énergie.
De même, comme l'hydrogène est un gaz très peu dense, il doit être comprimé ou liquéfié, ce qui nécessiteencore de l'énergie.Si l'énergie utilisée pour isoler et comprimer l'hydrogène est propre ( solaire, éolienne…), l'utilisation de l'hydrogènel'est aussi.
Si en revanche cette énergie est produite par des centrales à charbon ou nucléaire, l'usage del'hydrogène est responsable de pollutions et ne peut être considéré comme propre.
L'industrie chimique sais isoler l'hydrogène à partir de plusieurs procédés :- les énergie fossiles : c'est ce qui est principalement utilisé actuellement.- l'électricité : utiliser l'électrolyse.- la chaleur : la thermochimie : à 850°C couplée aux centrales nucléaires ou a des centrales solaires àconcentration.- les photon : photoélectrolyse, photobiologie, transformation de la biomasseAujourd'hui, l'hydrogène est produit principalement à partir de gaz naturel (non renouvelable), mais l'électrolyse del'eau semble une technique d'avenir, et EDF pourrait ainsi envisager un avenir plus radieux...
Il faudrait alorsproduire des quantités très importantes d'électricité pour alimenter une partie du parc actuel de voitures.
lerecours au nucléaire serait donc systématique mais ce système n'a qu'un rendement de 35%, d'où un énorme gâchisd'énergie…
Une fois isolé, l'hydrogène doit être transporté, plusieurs technique sont actuellement utilisées.
Avec ledéveloppement des gigantesques porte-conteneurs on assiste à des projets d'énormes bateau cryogénique capablesde transporter l'hydrogène sous forme de gaz.
2300km de pipe-lines sont déjà en exploitation avec de l'hydrogènepur.
Plusieurs solutions sont aussi possibles pour le stockage :- en masse dans des cavités souterraines.- en petite quantité sous plusieurs formes : les "bonbonnes" métalliques, sous forme liquide (mais l'opération deliquéfaction demande beaucoup d'énergie), sous forme chimique comme dans les borohydrures de sodium, soushaute pression ( 350 à 700 bar).
Étant donné les perspectives d'avenir, l'investissement en France sur la valorisation du secteur hydrogène est de100 M€ ce qui est quand même relativement important.
Au niveau international l'investissement dans la valorisationde la filière hydrogène est quand même nettement plus important : les Etats Unis investissent par exemple 10 foisplus que la France.
B.
la pile à combustible1.historique1839 : Découverte de l'effet pile à combustible par l'allemand Christian Schönbein.1839-1842 : Réalisation du premier modèle de laboratoire de pile à combustible.
2.fonctionementLe fonctionnement d'une pile dihydrogène-dioxygène est particulièrement propre puisqu'il ne produit que de l'eau etconsomme uniquement des gaz.Le principe de la pile à combustible est l'inverse d'une électrolyse.
La réaction chimique produite par l'oxydation et larencontre de gaz produit de l'électricité, de l'eau et de la chaleur.
L'eau est évacuée sous forme de vapeur avecl'excédent de dioxygèneUne pile à combustible à membrane échangeuse de protons comporte deux plaques bipolaires: une pour distribuerl'hydrogène et une pour distribuer l'oxygène et évacuer l'eau ; deux électrodes : une anode et une cathode pourfaire circuler le courant électrique (électrons), une membrane échangeuse de protons : bloque le passage desélectrons et laisse passer les ions H+.L'hydrogène entre par la plaque bipolaire gauche, l'anode, le dihydrogène se dissocie en protons et en électronsselon: H2=2H+ 2e-.
Les protons traversent alors la membrane, mais les électrons, bloqués, sont contraintsd'emprunter un circuit extérieur, ce qui va générer un courant électrique.A la cathode, les protons, les électrons, et du dioxygène (pur ou provenant de l'air) se rencontrent pour former del'eau selon : 4H+ 4e- + 2 O2= 2H2O.
L'eau et le dioxygène passent par la plaque bipolaire droite.
Cette réaction vaproduire également de la chaleur pouvant être récupérée.
3.applicationApplicable aux téléphones, ordinateurs etc, l'autonomie est beaucoup plus importante qu'avec des batteries.
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