TPE : La voiture a hydrogene

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Stockage de l'Hydrogène

Outre une production compliquée, l’Hydrogène a également la priorité d’être un gaz fortement inflammable en présence de l'oxygène de l'air.

Son stockage en grande quantité est ainsi rendu lui aussi difficile en raison des risques d’explosion.
En effet, l’Histoire nous a d’ores et déjà montré de grandes catastrophes concernant des dirigeables à Hydrogène, comme le Hidenburg qui a marqué les esprits ; s’il venait jusque dans nos voitures, on peut imaginer les dégâts causés lors d’un accident si le réservoir venait à être touché.

Le problème du danger de ce stockage peut malgré tout être contourné, notamment par des mesures de sécurité ; l’obstacle principal est d’ordre technologique.
En grande quantité, le stockage de l’Hydrogène est acquis depuis des décennies, avec de grands conteneurs industriels, des caverne souterraines ou encore des citernes à haute pression.
Le défi majeur est donc de développer un stockage pour les applications automotrices, permettant une marge de conduite comparable et un espace de stockage raisonnable.
Aujourd’hui, trois grands axes de stockages sont privilégiés.

Le stockage gazeux

L’Hydrogène est le plus petit atome, et par conséquent la plus faible masse moléculaire. Ainsi, le seul moyen de le stocker efficacement est de le comprimer.
En effet, sous sa forme gazeuse l’Hydrogène a une densité de 0,09 kg/m³. Il paraît impossible de le stocker à pression ambiante : pour qu’un véhicule ait une autonomie de 400km, il faudrait une masse d’Hydrogène de 4kg, soit un volume de 45000L ! Avec un réservoir actuel, il parcourrait ainsi 600m.

Rappelons que l’essence a été choisie comme carburant entre autre pour son rapport quantité/volume. Il est évident que l’Hydrogène ne pourra jamais la concurrencer sur ce point, mais il peut quand même tenter de s’en rapprocher, notamment par une pression élevée : comme l’indique la loi de Boyle, augmenter la pression d’un gaz permet de diminuer son volume à température constante.

Là est tout l’enjeu : fabriquer des réservoirs qui puissent maintenir de l’Hydrogène à haute pression sans que celui si s’en échappe. Aujourd’hui, on est capable de fabriquer des réservoirs maintenant l’Hydrogène à une pression de 350bars (350fois là pression atmosphérique normale) grâce à l’assemblage de matériaux non miscibles : des matériaux composites. Il faut en effet prendre d’énormes précautions pour éviter des fuites de l’Hydrogène, qui a la propriété de traverser les éléments.

Malgré un gain près de 2000fois plus élevé par rapport à sa température constante, des réservoirs supportant une pression d’un minimum de 700bars sont indispensables pour rendre la technologie compétitive.

Le stockage liquide (cryogénique)

Sous sa forme liquide, l’Hydrogène a une densité de 70,8 kg/m³, ce qui le rend le stockage liquide intéressant par rapport au stockage gazeux.

Mais le principal défaut est l’importance des systèmes secondaires nécessaires : pour atteindre une forme liquide, l’Hydrogène doit être porté à une pression de 10bars et une température d’environ -253°C !
Ceci implique des réservoirs à l’isolation thermique très poussée, et donc encombrante, pour maintenir l’Hydrogène à cette température et éviter les pertes par évaporation – cela n’empêche pas une évaporation parasite, de l’ordre de 3% par jour.

De plus, la liquéfaction de l’Hydrogène est une opération gourmande en énergie : environ 40% de l’énergie contenue dans le gaz. L’utilisation de cette technologie dans le domaine spatial a permis d’avoir des connaissances étendues sur ses différents aspects. Cependant il faut reconnaître qu’elle semble difficilement réalisable dans l’automobiles en raison de ses coûts élevés de sujétions.

Le stockage moléculaire («Éponges à hydrogène»)


Aujourd’hui, c’est un des axes de recherche les plus prometteurs, qui pourrait permettre d’utiliser l’hydrogène pour les voitures.

Cette forme de stockage consiste à stocker l’hydrogène sous forme absorbée. Le phénomène de l’absorption consiste à « immobiliser » un composé à l’intérieur d’un autre.
En effet, certains composés tels que les hydrures sont capables d’absorber et ainsi de stocker de l’hydrogène, à l’image d’une éponge. Cette forme de stockage présente une densité volumique très intéressante malgré une densité massique faible. Cependant, la cinétique, la température et la pression de cyclage restent des points encore durs à maîtriser.

Plusieurs équipes dans le monde se sont ainsi penchées sur la famille des Hydrures.

Plus récemment, le stockage par le biais de fullerènes a été mis en évidence. Celui-ci permettrait d’atteindre des densités d’Hydrogène stockées approchant celles du cœur de Jupiter.
En effet, on savait depuis longtemps que les molécules de buckminsterfullerène, à 60atomes de carbone, pouvait stocker de 23 à 25 molécules d’Hydrogène. Ainsi, un stockage de l’Hydrogène sous forme de poudre « piégée » dans ces grosses molécules pouvait être imaginé.
Mais pour détrôner les réservoirs à essence il restait à savoir si cette molécule pouvait absorber plus de 25 molécules d’Hydrogène.
A défaut de données expérimentales, des chercheurs ont réalisé des simulations numériques, et ont découvert qu’une seule molécule de C60 peut en fait absorber jusqu’à 58molécules d’hydrogène, en raison de liaisons covalentes qui se forment entre atomes de carbone au-delà des 20molécules d’Hydrogène, soit l’équivalent de ce qui se passe au centre de Jupiter ou de Saturne.
Cependant, ces résultats théoriques doivent être vérifiés expérimentalement, et le moyen d’ »injecter » et de « libérer » les molécules d’hydrogène des fullerènes reste encore à trouver.

En conclusion, le stockage moléculaire semble très intéressant et avantageux. Mais il ne faut pas perdre de vue que nous ne sommes encore qu’aux prémices de cette technique, et donc encore bien loin du stade de production industrielle.




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Date de mise en ligne : 11/01/09 | Derniere mise a jour : 17/06/09 | consulter les notes de versions

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