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COMBUSTIBLE HYDROGÈNE - UTILISATION

Auteur(s) : Farida LAMARI, Patrick LANGLOIS, Pierre MALBRUNOT

Date de publication : 10 mai 2023

Exclusif : cet article offert jusqu'au 31/08/2023

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RÉSUMÉ



En tant que combustible, l’hydrogène est utilisé ou utilisable soit en
combustion directe, soit dans les piles à combustible

Traductions

 * fuell cells

Dictionnaire technique multilingue

qui produisent de l’électricité à des puissances allant de 10 mW à 10 MW. Ses
applications vont des équipements portables aux procédés industriels gros
consommateurs d’énergie, en passant par la mobilité

Traductions

 * mobility

Dictionnaire technique multilingue

où elles se déclinent entre applications routières, ferroviaires, navales,
submersibles, aéronautiques et spatiales. Cela implique qu'il soit stocké,
transport

Traductions

 * transport

Dictionnaire technique multilingue

é et mis à disposition aussi bien sous forme de gaz comprimé que de liquide,
voire combiné dans des matériaux solides ou liquides. Son inflammabilité et son
explosivité imposent néanmoins des précautions qui font l’objet de normes de
sécurité adaptées. Le rôle que jouera ce combustible dans le paysage énergétique
de demain va constituer un élément majeur de la transition entre énergies
fossiles et renouvelables.

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validée par des comités scientifiques.

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ABSTRACT


Hydrogen Fuel. Uses

As a fuel, hydrogen is used or usable either in direct combustion or in fuel
cells that produce electricity at outputs ranging from 10 mW to 10 MW. Its
applications range from portable equipment to energy-intensive industrial
processes; for mobility alone, they come in road, rail, marine, submersible,
aeronautical, and space applications. Hydrogen can be stored, transported and
made available as a compressed gas or as a liquid, or even combined in solids or
liquids. Its flammability and explosiveness however require precautions that are
subject to appropriate safety standards. The role that this fuel will play in
tomorrow's energy landscape will be a major element in the transition from
fossil to renewable energy sources.


AUTEUR(S)



 * Farida LAMARI : Docteure en génie des procédés de l’université Paris XIII -
   Chargée de recherche au CNRS - Université Sorbonne Paris Nord, LSPM – UPR
   CNRS 3407

 * Patrick LANGLOIS : Ingénieur ENSAM et Docteur en métallurgie de l’université
   Pierre et Marie Curie (Paris VI) - Chargé de recherche au CNRS - Université
   Sorbonne Paris Nord, LSPM – UPR CNRS 3407

 * Pierre MALBRUNOT : Conseiller scientifique auprès de l’association France
   Hydrogène


INTRODUCTION



Un nouvel écosystème se constitue autour du vecteur énergétique hydrogène en
raison de sa polyvalence (électrolyseur, pile à combustible, transport et
stockage

Traductions

 * storage

Dictionnaire technique multilingue

, mobilité, nouveaux usages) ; en se référant à la maxime « Rien ne se perd,
rien ne se crée, tout se transforme » attribuée à Lavoisier, l’hydrogène
pourrait en effet être très exactement et tout simplement décrit comme étant un
vecteur de transformation, la nécessité de la transformation tenant pour sa part
à l’épuisement prochain des ressources fossiles et à l’effet néfaste de leur
emploi sur la santé, l’environnement et le climat. Dans le contexte de la crise
énergétique européenne et du changement climatique, l’urgence d’une telle
transformation est devenue manifeste. Lancé en 2019, le pacte vert pour l’Europe
engage les États membres de l’Union européenne à atteindre la neutralité carbone
en 2050 avec, pour objectif intermédiaire, de réduire de 55 % en 2030 les
émissions nettes de gaz à effet de serre par rapport à leur niveau de 1990. Ce
pacte implique notamment la production massive ainsi que l’usage d’hydrogène
décarboné ou à bas carbone, une régulation adaptée à une stratégie cohérente de
déploiement de l’hydrogène en matière de production et d’usage étant en cours
d’élaboration.

L’hydrogène par sa combustion très énergétique, en masse plus de deux fois celle
du gaz naturel, est un combustible de choix utilisable pour fournir de la
chaleur et de l’énergie mécanique sans autre résidu que de l’eau. Mais il peut
aussi, par réaction électrochimique, se combiner à l’oxygène pour produire de
l’électricité et de la chaleur en ne rejetant là encore que de l’eau. En France,
l’hydrogène est déjà couramment utilisé dans l’industrie pétrolière et chimique,
pour une consommation totale de l’ordre de 900 000 tonnes par an mais il s’agit,
en majeure partie, d’hydrogène carboné qui engendre de l’ordre de 9 millions de
tonnes de CO2 par an ; il convient dans ce domaine de faire évoluer sa
production. L’hydrogène constitue en l’occurrence un vecteur énergétique qui
peut être produit puis utilisé dans une plus grande variété d’applications, le
domaine le plus connu étant celui de la mobilité où de plus en plus nombreux
véhicules à hydrogène sont commercialisés. En synergie avec la future production
massive d’hydrogène décarboné, se pose donc la nécessité d’accroître son usage.

En complément de l’article [BE 8 565]qui traite de sa production, dans le
présent article sont traitées sa conversion énergétique, sa mise à disposition
et les problèmes liés à la sécurité, ainsi que les possibles conséquences
économiques et sociétales de son emploi généralisé. Est également livrée en
conclusion une analyse de ce qui reste à accomplir pour que ce vecteur
énergétique s’impose.


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MOTS-CLÉS



transport   |   mobilité   |   piles à combustible   |   stockage   |  
applications stationnaires


KEYWORDS



transport   |   mobility   |   fuell cells   |   storage   |   stationary
applications


VERSIONS


Il existe des versions antérieures de cet article :
 * Version archivée 1 de juil. 2006 par Farida DARKRIM-LAMARI, Pierre MALBRUNOT
 * Version archivée 2 de oct. 2013 par Farida DARKRIM-LAMARI, Pierre MALBRUNOT


DOI (DIGITAL OBJECT IDENTIFIER)



https://doi.org/10.51257/a-v3-be8566


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mobilité du futur >  Carburants et matériaux allégés pour véhicule > 
Combustible hydrogène - Utilisation

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BIBLIOGRAPHIE



 * (1) - ROTTENGRUBER (H.), BERKMÜLLER (M.), ELSÄSSER (G.), BREHM (N.), SCHWARZ
   (C.) -   A high-efficient combustion concept for direct injection hydrogen
   internal engines.  -  15th World Hydrogen Energy Conference, Yokohama, JP
   (2004).

 * (2) - EICHLSEDER (H.), GRABNER (P.), HEINDL (R.) -   Hydrogen internal
   combustion engines.  -  In : Hydrogen and Fuel Cells, p. 811-830, Wiley-VCH,
   Weinheim, DE (2010). ISBN : 978-3527327119

 * (3) - ALLEAU (Th.) -   Moteurs thermique à hydrogène.  -  L’encyclopédie H2,
   Fiche 5.1.1 (2021).

 * (4) - BUFFET (Ph.), LEBARON (M.) -   L’espace, comment ça marche ? À quoi ça
   sert ?  -  Hirlé Éditions, Strasbourg (2001). ISBN : 978-2910048662

 * (5) - BUFFET (Ph.) -   Propulsion spatiale : l’hydrogène, un carburant léger
   pour lanceurs lourds.  -  L’Actualité Chimique, p. 74-80 (2001).

 * ...


DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES



 * Piles à combustible PEMFC et SOFC – Description et gestion du système.

 * Production de biohydrogène – Voie fermentaire sombre.

 * Piles à combustible appliquées à la mobilité électrique – La mobilité
   hydrogène.

 * Piles à combustible.

 * Stockage massif de l’hydrogène dans l’hydrure de magnésium.

 * Nouveaux matériaux pour le stockage de l’hydrogène – Alliages métalliques
   multi-élémentaires hydrurables.

 * ...


NORMES



 * Hydrogène liquide – Interface des systèmes de remplissage pour véhicules
   terrestres - ISO 13984 - 1999

 * Hydrogène liquide – Réservoirs de carburant pour véhicules terrestres - ISO
   13985 - 2006

 * Qualité du carburant hydrogène – Spécification de produit - ISO 14687 - 2019

 * Considérations fondamentales pour la sécurité des systèmes à l’hydrogène -
   ISO/TR 15916 - 2015

 * Générateurs d’hydrogène faisant appel aux technologies du traitement du
   carburant – Partie 1 : Sécurité - ISO 16110-1 - 2016

 * Générateurs d’hydrogène faisant appel aux technologies du traitement du
   carburant – Partie 2 : Méthodes d’essai de rendement - ISO 16110-2 - 2016

 * Appareils de stockage de gaz transportables – Hydrogène absorbé dans un
   hydrure métallique réversible - ISO 16111 - 2008

 * ...


ANNEXES


 1. 1 Annuaire
    1. 1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
    2. 1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
    3. 1.3 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)

1 Annuaire

HAUT DE PAGE

1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)



Aaqius (CH) – technologies hydrogène http://www.aaqius.com/

Airbus (EU) – programme ZEROe
https://www.airbus.com/en/innovation/zero-emission/hydrogen/zeroe

Alexander Dennis (GB) – bus à pile à combustible
https://www.alexander-dennis.com/

Blue Spirit Aero (FR) – avions à hélices à pile à combustible
https://bluespiritaero.com/fr/

Clean Logistics (DE) – camions à réservoir d’hydrogène liquide
https://www.cleanlogistics.de/en

Doosan (KR) – piles à combustible https://www.doosanfuelcell.com/en

Fuji Electric (JP) – piles à combustible
https://www.fujielectric.com/products/fuelcell/

Genvia (FR) – électrolyseurs haute température https://genvia.com/

GravitHy (FR) – production d’acier décarboné https://gravithy.eu/

Hydrogenious (DE) – stockage de l’hydrogène dans des liquides...






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 * Sommaire
 * Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - CONVERSION ÉNERGÉTIQUE DE L’HYDROGÈNE

 * 1.1 - Combustion directe
 * 1.2 - Moteurs thermiques à hydrogène
    * Quiz d'entraînement

 * 1.3 - Combustion électrochimique : piles à combustible
    * Quiz d'entraînement
   
   Figure 1 - Schéma de fonctionnement d’une pile à combustible Figure 2 - Pile
   PEMFC Figure 3 - Schéma de fonctionnement d’une pile MCFC Figure 4 - Schéma
   de fonctionnement d’une pile SOFC Figure 5 - Pile à combustible au méthanol
   pour ordinateur Ultracell Figure 6 - Récents modèles commercialisés de
   voitures à hydrogène Figure 7 - Chariot élévateur à hydrogène de marque Still
   Figure 8 - Exemples de poids lourds à hydrogène Figure 9 - Vélo à hydrogène
   Alpha Néo de Pragma Industries Figure 10 - Train à hydrogène Coradia iLint
   construit par Alstom Figure 11 - Exemples de bateaux à hydrogène Figure 12 -
   Prototype d’avion à hélices à pile à combustible de la start-up française
   Blue Spirit Aero Figure 13 - Les trois projets d’avions à hydrogène d’Airbus
   Figure 14 - Piles à combustible pour usage stationnaire Tableau 1 -
   Caractéristiques et applications des diverses piles à combustible

2 - MISE À DISPOSITION DE L’HYDROGÈNE ÉNERGIE

 * 2.1 - Transport et stockage
    * Quiz d'entraînement
    * Quiz d'entraînement
   
   Figure 15 - Réseau de gazoducs d’hydrogène construits par Air Liquide en
   Europe de l’Ouest Figure 16 - Réservoirs à hydrogène en matériaux composites
   (de type IV) Figure 17 - Suiso Frontier, navire japonais pour le transport
   d’hydrogène liquide en provenance d’Australie Figure 18 - Pâte contenant de
   l’hydrogène, développée par l’institut Fraunhofer Figure 19 - HSL Fuel
   d’HySiLabs en bouteille Figure 20 - Mise en œuvre du LOHC fuel de
   Hydrogenious
 * 2.2 - Distribution en station-service pour les véhicules automobiles
   Figure 21 - Types de stations hydrogène installées en France

3 - DANGERS DE L’HYDROGÈNE ET SÉCURITÉ

 * 3.1 - Inflammabilité
   Tableau 2 - Caractéristiques d’inflammation de l’hydrogène et du méthane
 * 3.2 - Explosivité
 * 3.3 - Sécurité du stockage et du transport
 * 3.4 - Normes et règlements

4 - ÉCONOMIE DE L’HYDROGÈNE

 * Quiz d'entraînement

5 - CONCLUSION



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#HYDROGÈNE #STOCKAGE D'ÉNERGIE #DISTRIBUTION D'ÉNERGIE #ÉNERGIE RENOUVELABLE
#PILE À COMBUSTIBLE #EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE #TRANSITION ÉNERGÉTIQUE


DANS LES RESSOURCES DOCUMENTAIRES

 * GENEPAC : pile à combustible PEMFC issue du partenariat PSA Peugeot Citroën
   (Stellantis) et CEA
 * Production d’hydrogène solaire par photosynthèse artificielle
 * Applications mobiles et stationnaires de l’hydrogène dans la transition
   énergétique
 * Génération d’hydrogène par hydrolyse en présence de magnésium


DANS L'ACTUALITÉ

 * L’Etat à la rescousse d’EDF (25 Avril 2016)
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