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Introduction :
L’Islande a décidé de renoncer à l’économie basée sur les
énergies fossiles (le charbon, le pétrole et le gaz naturel) polluantes, aggravant l’effet
de serre produit les rejets conséquents de CO2. Les recherches sur l'hydrogène ont débuté, il
y a trente ans conduites par le professeur de chimie Bragi Arnasson qui a
fait valoir ses atouts. En effet, sa combustion ne produit ni CO2 ni
gaz polluants, mais juste... de la vapeur d'eau, alternative possible face au réchauffement de
la planète.
Le
dihydrogène produit
alimenterait les moyens de transport et les
nombreux bateaux de pêche.
Or, il n'existe pas de gisement de
dihydrogène.
On le produit donc par électrolyse de l'eau qui nécessite
un apport d'énergie, pour obtenir d'une part du dihydrogène et d'autre part de
l'oxygène.
2 H2O(l) è 2 H2(g) + O2(g)
En faisant la réaction inverse
nous produisons de l'énergie nécessaire au fonctionnement des moteurs
électrique.
2 H2(g) + O2(g)
è 2 H2O(l)
Notons qu’en se reconstituant l’eau retourne aux
fleuves, aux lacs, aux océans et redevient source d’hydrogène, s’intégrant ainsi
au cycle naturel de la biosphère.
1) Expérience :
-1ère
phase : Production de dihydrogène par électrolyse de
l’eau.
Matériels
utilisés :
-Pile à hydrogène
-Alimentation de tension
continue
-Eau déminéralisée
Démarche :
-Remplissage de la pile avec de l’eau
déminéralisée.
-Branchement de l’alimentation
Observation :
-les réservoirs se remplissent
respectivement d'hydrogène et d'oxygène.
(remarquons que le volume d'hydrogène
augmente 2 fois plus rapidement)
Equation Bilan :
Apport d'énergie
2 H2O(l) è 2 H2(g) + O2(g)
-2éme phase : Production d’électricité avec les produits
obtenus.
Matériels
utilisés :
-Pile à hydrogène
-Produits : 2H2(g) +
O2(g)
-Résistance : 27
ohms
-Ampèremètre : tension continu :
200mA
-Voltmètre
Cablages :
-Mise en place d’une résistance aux
bornes de la pile.
-Branchement de l’Ampèremètre en
série.
-Branchement du voltmètre en dérivation.
Observation :
-Ampéremétre indique :
26,3mA
-Voltmètre indique : 0,763V
Equation
Bilan :
-2 H2(g) + O2(g) è 2 H2O(l)
Production d'énergie
Voici donc l’expérience filmée dans le laboratoire du lycée
:
sélectionner l'animation ci-contre ==>
Expérience pile à
hydrogène basse résolution.
sélectionner l'animation
ci-contre ==>
Expérience pile à hydrogène haute résolution.
2) Développement des
vehicules a pile à
combustible.
Tout d’abord un véhicule « pile à
combustible » est un véhicule électrique. L’alimentation en
électricité, au lieu d’être fournie
par des batteries, est assurée en continu par une pile à combustible, alimentée
en hydrogène et en oxygène. Or le stockage de l’hydrogène pose problème. Un
constructeur automobile comme Renault a choisi de le produire en continue à
l’aide d’un reformeur, capable d’extraire l’hydrogène contenu dans des
hydrocarbures.
Vous me direz : pourquoi ne pas rester au véhicule
électrique classique ? Eh bien, les batteries sont encombrantes, lourdes et
offrent une autonomie toujours trop limitée.
La pile à combustible possède tous
les atouts d’un moteur électrique : un bon rendement, pas d’émission
polluante et un fonctionnent silencieux.
Fonctionnement de la pile à combustible :
On rapproche les deux gaz (hydrogène et oxygène) de part et
d’autre d’une membrane (l’électrolyte) ; ils se combinent pour former de l’eau en dégageant de l’énergie et de la
chaleur.
selectionner l'animation ci-contre ==>
Fonctionnement de la pile à
hydrogène .
Il existe plusieurs types de piles à
combustibles (nature de leur électrolyte) :
-
Les piles chaudes imposent des températures élevées,
non retenues dans l’automobile.
-
Les piles froides utilisées pour l’automobile
fonctionnent avec une membrane polymère à des températures allant de 60 à 120
degrés.
Alternative à la pile : le reformeur
L’Hydrogène n’est plus stocké mais produit dans le
véhicule : le reformeur, petite centrale chimique fonctionnant à partir des
hydrocarbures (essence- éthanol) est un système complexe mais rend inutile le
réservoir à haute pression. C’est une solution en attente d’un réseau de
distribution efficace d’hydrogène.
Inconvénients :
-
Il y a production
de C02 mais qui reste très faible.
-
Températures du
système élevé (pour 70 kW d’électricité produite, cela dégage 110 kW de
chaleur.
-
Prix élevé
de la membrane (cause : 18 étapes de fabrication)
Bilan :
Aujourd’hui les technologies de production d’hydrogènes
sont émettrices de C02, des énergies renouvelables existent : éoliennes,
capteur solaires, biocarburants
Pour Renault le principal problème est la fabrication en
série et le coût.
De plus la formation de l’après-vente sera coûteuse car
totalement nouveau.
3)Ses différentes
applications.
- 3 bus
prototypes circulent dans les rues de Reykjavik (capital de l’Islande) depuis
octobre 2003. A noter qu’une nouvelle
génération de transports devrait être mise en service dès 2007. Son coût, élevé,
devrait baisser après la phase de commercialisation, prévue en
2010.
Sélectionner le liens ci-dessous ==>
http://www.lemonde.fr/cgi-bin/ACHATS/acheter.cgi?offre=ARCHIVES&type_item=ART_ARCH_30J&objet_id=969499
- Le scooter à hydrogène, ça
roule !
Sélectionner le liens ci-dessous ==>
http://www.ceatechnologies.com/article/article.php?article=555
- Plusieurs constructeur mettent
au point des Pac (Pile.a.combustible) pour téléphones et pc portables ainsi que
baladeurs MP3.
En 1999, les principales compagnies d’énergie, les fonds
d’investissement locaux et les instituts de recherche fondèrent
Icelandic New Energy, une coentreprise à capital
privé. Sa mission consiste à tester l’hydrogène, pour établir s’il est
susceptible de servir de vecteur d’énergie comme le pétrole. Elle bénéficie
également du soutien d’autres parties prenantes – Total
France,
Norsk
Hydro,
Shell
Hydrogen
,
DaimlerChrysler – qui souhaitent
tester leurs développements technologiques et envisager les impacts d’une
société fonctionnant à l’hydrogène.
Rapport de Total sur l'étude de cette
énergie nouvelle :
http://www.total.com/static/fr/medias/topic1492/Total_2006_hydrogene_piles_combustible.pdf
Conclusion :
Les avancées
technologiques décrites, laissent à penser quedans quelques dizaines d'années, l'hydrogène
pourrait remplacer les énergies fossiles pour assurer l'alimentation
des moyens de transport et des bateaux de pêche
et préservant ainsi l'environnement de
l'Islande .
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