Élément le plus abondant de l’univers, l’hydrogène est également une source prometteuse de carburant « propre » sur Terre.
Nommé d’après les mots grecs hydro pour « eau » et les gènes pour « formation », l’hydrogène représente plus de 90% de tous les atomes, ce qui équivaut aux trois quarts de la masse de l’univers, selon le Laboratoire national de Los Alamos. L’hydrogène est essentiel à la vie, et il est présent dans presque toutes les molécules des êtres vivants, selon la Royal Society of Chemistry. L’élément se produit également dans les étoiles et alimente l’univers à travers la réaction proton-proton et le cycle carbone-azote. Les processus de fusion stellaire de l’hydrogène libèrent d’énormes quantités d’énergie lorsqu’ils combinent des atomes d’hydrogène pour former de l’hélium, selon Los Alamos.
Le gaz d’hydrogène pur est rare dans l’atmosphère terrestre et tout hydrogène qui pénètre réellement dans l’atmosphère échappe rapidement à la gravité terrestre, selon la Royal Society. Sur notre planète, l’hydrogène se produit principalement en combinaison avec de l’oxygène et de l’eau, ainsi que dans la matière organique telle que les plantes vivantes, le pétrole et le charbon, rapporte Los Alamos.
Juste les faits
- Numéro atomique (nombre de protons dans le noyau): 1
- Symbole atomique (sur le Tableau périodique des éléments): H
- Poids atomique (masse moyenne de l’atome): 1,00794
- Densité: 0,00008988 grammes par centimètre cube
- Phase à température ambiante: Gaz
- Point de fusion: moins 434,7 degrés Fahrenheit (moins 259,34 degrés Celsius)
- Point d’ébullition: moins 423.2 F (moins 252,87 C)
- Nombre d’isotopes (atomes du même élément avec un nombre différent de neutrons): 3 isotopes communs, dont 2 stables
- Isotope le plus commun: 1H, abondance naturelle 99,9885%
Découverte de l’hydrogène
Robert Boyle a produit de l’hydrogène gazeux en 1671 alors qu’il expérimentait le fer et les acides, mais ce n’est qu’en 1766 que Henry Cavendish l’a reconnu comme un élément distinct, selon Jefferson Lab. L’élément a été nommé hydrogène par le chimiste français Antoine Lavoisier.
L’hydrogène possède trois isotopes communs: le protium, qui n’est que de l’hydrogène ordinaire; le deutérium, un isotope stable découvert en 1932 par Harold C. Urey; et le tritium, un isotope instable découvert en 1934, selon Jefferson Lab. La différence entre les trois isotopes réside dans le nombre de neutrons que chacun d’eux possède. L’hydrogène n’a pas du tout de neutrons; le deutérium en a un, tandis que le tritium en a deux, selon le Laboratoire national Lawrence Berkeley. Le deutérium et le tritium sont utilisés comme combustible dans les réacteurs à fusion nucléaire, selon Los Alamos.
L’hydrogène se combine avec d’autres éléments, formant un certain nombre de composés, y compris des composés courants tels que l’eau (H2O), l’ammoniac (NH3), le méthane (CH4), le sucre de table (C12H22O11), le peroxyde d’hydrogène (H2O2) et l’acide chlorhydrique (HCl), selon Jefferson Lab.
L’hydrogène est généralement produit en chauffant du gaz naturel avec de la vapeur pour former un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone appelé gaz de synthèse, qui est ensuite séparé pour produire de l’hydrogène, selon la Royal Society.
L’hydrogène est utilisé pour fabriquer de l’ammoniac pour engrais, dans un processus appelé processus Haber, dans lequel il est mis à réagir avec de l’azote. L’élément est également ajouté aux graisses et aux huiles, telles que l’huile d’arachide, par un processus appelé hydrogénation, selon Jefferson Lab. D’autres exemples d’utilisation de l’hydrogène comprennent le carburant de fusée, le soudage, la production d’acide chlorhydrique, la réduction des minerais métalliques et le remplissage de ballons, selon Los Alamos. Les chercheurs ont travaillé au développement de la technologie de pile à combustible à hydrogène qui permet d’obtenir des quantités importantes d’énergie électrique en utilisant l’hydrogène gazeux comme source d’énergie sans pollution pouvant être utilisée comme carburant pour les voitures et autres véhicules.
L’hydrogène est également utilisé dans l’industrie du verre comme atmosphère protectrice pour la fabrication de feuilles de verre plates, tandis que dans l’industrie électronique, il est utilisé comme gaz de rinçage dans le processus de fabrication de puces de silicium, selon la Royal Society.
Cette vue simulée en couleurs vraies de Jupiter est composée de 4 images prises par la sonde Cassini de la NASA le 7 décembre 2000. La résolution est d’environ 144 kilomètres (89 miles) par pixel. Crédit: NASA / JPL / Université de l’Arizona
Qui savait?
- L’hydrogène est le composant principal de Jupiter et des autres planètes géantes gazeuses, selon Los Alamos.
- Le premier vol en ballon à gaz a été lancé à Paris en 1783 et le gaz utilisé dans le ballon était de l’hydrogène, selon le Musée national du Ballon. Son utilisation dans le remplissage des dirigeables a pris fin lorsque le Hindenburg a pris feu, selon la Royal Society.
- La NASA utilise l’hydrogène comme carburant de fusée pour acheminer l’équipage dans l’espace.
- L’hydrogène liquéfié est extrêmement froid et peut provoquer de graves engelures lorsqu’il entre en contact avec la peau.
- L’hydrogène est environ 14 fois plus léger que l’air, selon « Les principes de la chimie. »
- Lavoisier, le chimiste français qui a donné son nom à l’hydrogène, a servi de financier et d’administrateur public avant la Révolution française et a été exécuté pendant la révolution, selon Encyclopedia Britannica.
- Environ 3 milliards de pieds cubes d’hydrogène sont produits aux États-Unis par an, selon Los Alamos.
- L’hydrogène a la densité la plus faible de tous les gaz, selon la Royal Society.
- L’hydrogène est le seul élément dont les trois isotopes communs – le protium, le deutérium et le tritium – ont reçu des noms différents, rapporte Los Alamos.
Recherche actuelle
Les chercheurs étudient l’hydrogène avec un grand intérêt depuis des années en raison de son potentiel en tant que carburant sans pollution. » L’hydrogène est un vecteur d’énergie sans carbone, alors quand on le brûle, on ne produit que de l’eau « , ce qui en fait un carburant propre, sans aucune émission, a déclaré Richard Chahine, directeur de l’Institut de recherche sur l’hydrogène de l’Université du Québec à Trois-Rivières au Canada. Cependant, il y a un problème majeur avec l’hydrogène: il est plus cher que le gaz. En fait, l’année dernière, le vice-président directeur de Toyota, Bob Carter, a annoncé que, selon les estimations du ministère de l’Énergie, un réservoir plein d’hydrogène comprimé coûterait initialement environ 50 $, Ecomento.com rapportée. En général, les coûts associés à la technologie de l’hydrogène sont « un obstacle très difficile car, à partir de maintenant, les gens préféreraient avoir de meilleures technologies au prix actuel », a déclaré Chahine à Live Science.
Un autre problème avec l’hydrogène est que le processus de production d’hydrogène lui-même n’est en fait pas si « propre » ou sans pollution. « À ce jour, la majeure partie de l’hydrogène produit provient du gaz naturel », un processus qui génère du dioxyde de carbone (CO2), a déclaré Chahine.
Les chercheurs ont donc cherché des moyens alternatifs et plus respectueux de l’environnement de produire de l’hydrogène qui élimineraient idéalement les émissions de CO2 du processus. L’année dernière, par exemple, des scientifiques aux États-Unis. Le Laboratoire national d’Argonne du Département de l’Énergie a développé un « générateur d’hydrogène de taille nanométrique » à petite échelle, un appareil qui produit de l’hydrogène pur en utilisant de la lumière et du graphène et sans brûler de combustibles fossiles. La version actuelle du générateur est vraiment petite, mais s’il s’avère qu’elle peut être étendue, cela pourrait permettre aux scientifiques de produire suffisamment d’hydrogène pour fournir du carburant aux voitures et aux générateurs.
Une autre façon de produire de l’hydrogène, appelée « fractionnement biologique de l’eau », impliquerait l’utilisation de certains microbes photosynthétiques qui utilisent l’énergie lumineuse pour produire de l’hydrogène à partir de l’eau dans le cadre de leurs processus métaboliques, selon le Laboratoire national des énergies renouvelables, où des chercheurs étudient actuellement ce processus. Une autre méthode potentielle de production d’hydrogène implique la fermentation de matériaux de biomasse renouvelables, rapporte le NREL. Les chercheurs du NREL ont également travaillé sur la conversion des résidus agricoles (tels que les coquilles d’arachides) et des déchets de consommation (tels que les plastiques et les graisses usagées) en un produit liquide appelé bio-huile dont les composants peuvent ensuite être séparés en carburants, y compris l’hydrogène. Le moyen le plus propre de produire de l’hydrogène, cependant, consiste à diviser l’eau en hydrogène et en oxygène en utilisant la lumière du soleil, rapporte le NREL.