IV- B : Interview

 

Au cours de l'élaboration du TPE, nous avons eu l'opportunité de réaliser l'interview d'un spécialiste de l'hydrogène pour obtenir des réponses à nos questions.

 

Mr Simon JALLAIS de la société Air Liquide.         266e0e4

 

 

Voilà le compte rendu de cette interview :

 

I- Introduction

I-1 Pourriez-vous vous présenter et nous expliquer votre métier ?

Bonjour, je suis Simon Jallais, expert Risques Industriels pour la société Air Liquide. Mon travail consiste à étudier les risques de l’hydrogène, à définir et mettre en place des outils, des méthodes, des dispositions de sécurité pour assurer la production, le transport et l'utilisation de l'hydrogène avec le plus de sécurité possible.

 

I-2 Pourriez-vous nous présenter votre société ?

Je travaille à Air Liquide, le leader mondial des gaz liquides industriels. Nous produisons et conditionnons sous forme liquide de nombreux gaz tels que l'O2, l'H2 ou encore l'hélium. Les gaz concernés sont tous les gaz autres que le gaz naturel exploité par les grands groupes pétroliers.

La société emploie environ 50 000 personnes et possède des filiales dans près de 80 pays différents.

 

II- Pourquoi l’hydrogène ?

II-1 A quoi sert l'hydrogène ?

Près de 80% de l'hydrogène produit aujourd’hui sert à désulfurer les carburants automobiles afin qu'ils rejettent moins de particules nocives.

Ensuite, près de 19% de l'hydrogène est utilisé pour d'autres productions chimiques telles que la fabrication du verre, de circuits imprimés ou de matières plastiques.

Enfin, seul 1% de l'hydrogène est aujourd’hui utilisé en tant que vecteur d'énergie. La majeure partie de cet hydrogène est utilisée dans l'aérospatiale (moteur de la fusée Ariane par exemple), et une petite partie pour le fonctionnement d’autres moyens de transports (vélo, bus, train, chariots automoteurs  ou véhicule à pile à combustible  à hydrogène). On appelle ces utilisations la filière « énergie ».

 

II-2 Quels sont les avantages de l'hydrogène par rapport à l'essence ou l'électricité ?

L'hydrogène comme vecteur d’énergie dans les piles à combustible pour la propulsion des véhicules présente à la fois les avantages des carburants comme l'essence, le gasoil (autonomie), et ceux de l'électricité (réduction des émissions de CO2).

La réaction de l'hydrogène avec l’oxygène au niveau des piles à combustible ne rejette pas de CO2. C'est la production elle même d’hydrogène qui génère encore aujourd'hui une émission non négligeable de CO2, mais cette émission, ramenée au km parcouru, reste dans tous les cas inférieure aux émissions de l'essence ou du diesel. En effet, une voiture à hydrogène utilise environ 1kg d'hydrogène pour 100 km. La méthode du vaporeformage utilisée pour produire 1kg d'hydrogène génère 9kg de CO2 alors que la production et l'utilisation du carburant d'une voiture à moteur thermique génère 12 à 13 kg de CO2 pour parcourir cette même distance.

Aujourd'hui, de nouvelles méthodes comme l'électrolyse ou l'utilisation de bio méthane sont développées pour baisser ces émissions. La voiture à pile à combustible hydrogène est donc moins polluante en moyenne qu'une voiture thermique. 

Son avantage par rapport à la voiture électrique reste sa grande autonomie. Une voiture à hydrogène peut rouler environ 700 km (comme une voiture à moteur thermique) et prend moins de 5 minutes à recharger.

Sa force est donc bien de combiner les avantages des automobiles à moteur électrique et thermique sans en avoir les inconvénients.

 

III- Production de l’hydrogène

III-1 Quelles sont les méthodes les plus utilisées pour produire de l’hydrogène ?

La méthode la plus utilisée actuellement pour la production de l’hydrogène est le vaporeformage. Cette méthode présente l’inconvénient de produire du CO2 (environ 9 kg pour la production de 1 kg d’hydrogène).

Une méthode moins polluante, sans production de gaz à effet de serre (CO2), est la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau à partir d’électricité « verte » (électricité produite à partir d’énergies renouvelables).

On peut également produire de l’hydrogène sans émission supplémentaire de CO2 par vaporeformage de méthane issu de la méthanisation de déchets (fabrication de biogaz). Le cycle complet (fermentation de matière organique elle même produite par capture de CO2) permet de ne pas considérer la part de CO2 comme complémentaire.

L’hydrogène produit à partir de techniques de production sans émission de CO2 est appelé « Hydrogène bleu » par Air Liquide.

Même si cette production d’hydrogène limite l’émission de CO2, il restera toujours un certain taux de production par les émissions grises à prendre en compte (transport,…).

 

III-2 Comment fonctionnent le vaporéformage et l’électrolyse ?

Le vaporeformage est la technique qui permet de produire de l’hydrogène à partir de méthane issu du gaz naturel. Les deux étapes de la réaction chimique sont :

CH4 + H2O ==> CO + 3 H2

CO + H2O ==> CO2 + H2

Une mole de méthane permet donc de produire 4 moles d’hydrogène (si réaction totale).

La réaction d’hydrolyse est la réaction chimique de décomposition de l’eau en Hydrogène et oxygène gazeux.

2 H20 ==> 2 H2 + O2

Un apport d’énergie (électrique) est nécessaire pour permettre la réaction.

 

III-3 Y-a-t ‘il d’autres méthodes pour lesquelles la recherche avance ?

La recherche progresse pour développer d’autres opportunités de production en adaptant les méthodes présentées précédemment. Actuellement la recherche avance principalement dans deux directions :

  • la mise au point de l’électrolyse de vapeur d’eau (à la place de l’eau liquide). Cette méthode présente l’avantage de limiter le besoin d’apport d’énergie
  • le développement des techniques de fermentation qui produisent directement de l’hydrogène à partir de la biomasse.

 

IV- Voiture utilisant  l’hydrogène

IV-1 Comment fonctionne la pile à combustible ?

La pile à combustible porte mal son nom car elle n’implique la combustion d’aucun élément. La réaction qui s’opère à l’intérieur d’une pile à combustible est l’inverse de celle qui se produit pendant une électrolyse. Cette fois ci on crée comme pour une pile une anode contenant du dihydrogène et une cathode contenant de l’air. Ces deux pôles sont séparés par une membrane qui laisse passer seulement les ions H+.

Les deux réactions produites de part et d’autre de la pile sont :

- Sur l’anode :

            H2 ==> 2 H+ + 2 e-

- Sur la cathode

            O2 + 4H+ + 4 e- ==> 2 H2O

Seuls les ions circulent à travers la membrane, les électrons circulent par l’extérieur au niveau de la pile pour fournir le courant.

 

IV-2 Quels en sont les usages ?

La pile à combustible hydrogène permet de produire de l’électricité en quantité importante à partir d’un stockage d’hydrogène et d’oxygène ou d’air.

  • Les premiers usages ont été liés au domaine spatial pour produire de l’électricité au niveau de la navette spatiale ou de la station MIR (remplacée aujourd’hui par la station internationale)
  • Ensuite, le dispositif a été utilisé par la défense au niveau des sous-marins
  • La principale utilisation aujourd’hui est celle de production d’électricité pour des véhicules (voitures, chariots mobiles,…)
  • Un autre usage concerne la production d’énergie sur des zones isolées (iles) pour les besoins de leurs habitants

 

IV-3 Pourquoi la pile à combustible est-elle plus utilisée que le moteur à hydrogène ?

La raison principale est qu’un moteur à combustion hydrogène présente les mêmes défauts que les moteurs à combustion essence en termes de rendement (30 %) alors que pour  la voiture à pile à combustible hydrogène, le rendement est d’environ 50%. Cela veut dire qu’une voiture roulant à l’aide d’une pile à combustible consommera beaucoup moins d’hydrogène qu’une voiture roulant avec un moteur à combustion hydrogène.

La seconde raison tient au fait qu'à l’intérieur d’une pile, puisqu'il n’y a pas de combustion, la réaction de l’hydrogène avec l’oxygène ne produit que de l’eau. Dans un moteur thermique hydrogène, il se formerait également des oxydes d’azotes NOx par oxydation partielle de l’azote de l’air, gaz qui sont très nocifs pour l’environnement.

 

IV-4 Quels sont les avantages d’une voiture à PAC sur les autres ?

Comme dit précédemment, la voiture à pile à combustible combine les avantages des voitures thermiques et électriques, puisqu’elle est à la fois écologique et pourvue d’une grande autonomie avec une recharge rapide.

 

V- Futur de l’hydrogène

V- 1 Y-a-t ‘il un futur pour les voitures à PAC ?

La voiture à pile à combustible est bien sûr une solution parmi d’autres pour l’avenir de l’automobile. Elle ne doit toutefois pas être regardée de manière isolée ou opposée aux autres modes de déplacement (voiture électrique, train, …).

Quelques voitures à PAC sont déjà sur le marché et peuvent donc être achetées. Il existe déjà par exemple des taxis à pile à combustible hydrogène qui roulent tous les jours à Paris (Parc d’environ 20 taxis).

On attend une forte demande sur ce type de véhicule dans les prochaines années. Cela reste pour les raisons données précédemment un très bon compromis aux voitures thermiques et électriques et elle répond aux problématiques de notre époque.

 

V- 2 Quels sont les principaux problèmes qui empêchent son arrivée dans la vie de tous les jours ?

Il y a malheureusement plusieurs facteurs qui expliquent sa difficile insertion sur nos routes.

Tout d’abord, le prix d’une voiture à pile à combustible reste assez élevé. Aujourd’hui, une voiture à pile à combustible coûte entre 30 et 50 000 euros. Il faut donc espérer que d’une part l’augmentation de la production de véhicules (grandes séries) et des politiques de réductions par l’état (comme c’est le cas pour les voitures électriques) permettront d’en réduire le coût.

Il faut également développer l’installation de stations hydrogène, pour permettre le déplacement sur de grandes distances. La stratégie mise en place est tout d’abord de développer des flottes dites « captives » (taxis, véhicules d’entreprise) pour étendre l’installation des stations. Ces flottes captives doivent également permettre d'augmenter la production de véhicules et donc réduire leur coût.

Le développement de véhicules à pile à combustible hydrogène n’est plus aujourd’hui un problème d’ingénieur (pas de problème technique non résolu) mais un problème politique (volonté de développement par des incitations fiscales,…).

Il reste également à développer les capacités de production de l’hydrogène « bleu » car les capacités de production actuelles sont essentiellement polluantes (vaporeformage).

Les puissances unitaires des unités de production aujourd’hui existantes sont en effet respectivement de :

  • 1000 MW pour le vaporeformage
  • 10 MW pour l’électrolyse

Mais les progrès sont en cours (voir précédemment).

Il ne faut pas non plus oublier que l’organisation des transports est probablement en totale refonte avec le développement du concept d’achat d’une « capacité de déplacement » plus que d’un « moyen de locomotion ». Ainsi, d’ici 10 ans, nous ne serons probablement plus propriétaire de notre véhicule mais loueur d’un moyen de locomotion adapté à notre besoin du moment (véhicule électrique, moteur à combustion, pile à combustible,..). La voiture à pile à combustible s’inscrit également dans cette nouvelle logique.

 

Ajouter un commentaire