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Parmi les ressources énergétiques
renouvelables et exploitables qui présentent actuellement un grand intérêt
on peut citer l’énergie éolienne, l’énergie solaire, l’énergie
hydraulique, l’énergie géothermique, l’énergie nucléaire par fission et
par fusion, l’énergie pouvant être produite à partir de l’hydrogène.
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Certes le développement de l’une
ou de l’autre ressource énergétique renouvelable va poser des
problèmes de réadaptation des équipements permettant leur
transport, leur transformation, leur exploitation sous forme d’énergie
électrique, mécanique ou thermique
tant au niveau industrielle que domestique. |
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Existent déjà sur le marché des
énergies renouvelables, des systèmes exploitant: |
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l’énergie verte, sous la forme de granulés
de bois, de sciure de bois, de plaquettes de bois, par
pyrolyse à haute température dans des foyers domestiques
adaptés à cet usage ;
-
la biomasse dans des gazogènes
permettant d'une importante production d’énergie calorifique
ou d'énergie électrique en cogénération ;
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des systèmes transformant les céréales oléagineuses, par
trituration et par transestéritication,
en huiles végétales, et en ester méthylique, communément
appelé biodiesel ;
-
des systèmes transformant la biomasse
contenant du sucre ou de l’amidon,
par fermentation en vue de produire de l'éthanol ;
-
des systèmes transformant les matières
organiques, en l’absence d’oxygène (anaérobie) et à l’abri de la
lumière, et produisant du méthane ou biogaz grâce à l’action de
micro-organismes ;
-
des systèmes exploitant directement l’énergie
solaire par échange thermique avec un circuit d’eau circulant
dans des capteurs solaires produisant
de l'énergie calorifique;
-
des systèmes exploitant l’énergie
solaire par effet photovoltaïque donnant naissance
à de l’énergie électrique pouvant être transportée à grande
distance;
-
des systèmes exploitant l’énergie
éoliennes via des aérogénérateurs d’énergie électrique de grande
puissance s’appuyant sur une technologie permettant le transport à grande distance de l’énergie
électrique produite ;
-
des systèmes exploitant
les forces hydrauliques motrices issues de la marée et des houles
pour les transformer en énergie électrique;
-
des systèmes exploitant l’énergie
géothermique disponible dans le manteau terrestre, soit à partir de
la vapeur d’eau chaude y présente, ou par récupération après pompage
d’eau chaude suite à un échange thermique réalisé à une certaine
profondeur dans le sol.;
-
des systèmes exploitant la
propriété singulière de l’hydrogène de produire, par réaction
avec l'oxygène, de l’énergie
propre, soit sous forme mécanique dans un moteur thermique rotatif,
soit sous la forme électrique dans une pile
à combustible - PAC.
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Ces énergies renouvelables,
quoique très séduisantes dans le cadre de notre lutte contre
les effets néfastes de l'émission de GES, présentent cependant
de nombreux inconvénients et difficultés quant à leur
exploitation à grande échelle: |
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Une des difficultés majeure rencontrée se situe au niveau du
stockage de l’énergie électrique
produite à partir de l'énergie renouvelable éolienne ou
solaire telle qu'exploitée directement à partir
d'aérogénérateurs ou panneaux solaires |
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La
production d’énergie électrique éolienne, par exemple, se réalisant de
manière fluctuante, car tributaire de l’intensité du vent, est donc variable et peut même
devenir intermittente avec le risque d’être
dissociée de la demande en énergie des consommateurs.
Dans ce cas,
se pose le problème de l’approvisionnement
immédiat du réseau de distribution d'énergie électrique à partir d’une source
énergétique conventionnelle polluante maintenue constamment en
"stand-by". |
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Dans le cas
d’un surplus de production d’énergie électrique éolienne ou
solaire par rapport à la demande se pose le problème du
stockage de l’énergie électrique excédentaire produite. |
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Il s’avère donc
impossible d’assurer l’approvisionnement des réseaux de
distribution d’énergie électrique par la seule source
énergétique éolienne ou solaire. Il convient d’y
associer, en fonctionnant, en cogénération, une source
d’énergie conventionnelle provenant soit d’une centrale
électrique thermique, soit nucléaire, soit hydraulique.
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De toutes ces
énergies renouvelables, l'une d'entre elle semble cependant
être appelée à un avenir extraordinaire. En effet l'énergie
issue de l'hydrogène pourrait bien devenir la base d'une
nouvelle économie;
l'économie
de l'hydrogène remplaçant avantageusement l'économie du
carbone. |
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L'hydrogène est le corps simple le plus
présent dans l’univers ;
75% en masse et 90% en nombre d’atomes. Il est connu depuis bien longtemps
comme principal constituant du Soleil et de la plupart des étoiles où il
intervient comme combustible dans un processus de fusion nucléaire. |
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Mais l’hydrogène, quoique
existant sous la forme d’une molécule de gaz H2, se présente
généralement sous la forme d’un corps associé à d’autres corps simples. En
tant que corps simple il est très peu présent dans l’atmosphère ; environ
1 [ppm] en volume. |
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Et cependant l’hydrogène
est actuellement largement utilisé dans la production industrielle de
l’ammoniac à la base des fertilisants, dans l’hydrogénation des graisses
et des huiles ainsi que dans la production de méthanol. Il est utilisé
dans la métallurgie, la pharmacologie, et dans le traitement des produits
alimentaires, comme carburant dans l’aérospatial. Il est également utilisé
comme produit de base dans la production de l’acide chlorhydrique HCl.
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Mais l’hydrogène n’est
pas une énergie primaire, il n'est qu'un vecteur énergétique et non
une ressource énergétique. De même, son stockage et sa distribution
posait problème. |
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Les
premières solutions proposées pour la production industrielle de
l'hydrogène reposaient principalement sur des procédés de thermolyse, tels
que le processus de gazéification ou le vaporeformage d'hydrocarbures ou de
biomasse, procédés polluant basés sur le "craquage"
des longues chaînes moléculaires d'hydrocarbures en molécules plus
simples. |
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La production industrielle actuelle est basée
soit
sur des procédés d'hydrolyse à partir de sources énergétiques
renouvelables, via la cogénération d'énergie électrique, soit sur la
technique de la photosynthèse forcée ou de la photolyse de
l'eau, cette dernière remplaçant avantageusement les anciennes
techniques basées
sur des techniques électrolytiques avides d'énergie électrique. |
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Des véhicules automobiles équipés d'un moteur
alimenté par hydrogène fonctionnent déjà depuis plusieurs
années. |
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Deux technologies s'affrontent à
ce niveau; |
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la technologie assurant la force
motrice nécessaire via des moteurs électriques alimentés à
partir d'une pile à combustion d'hydrogène stocké à bord,
à
haute pression ou cryogénique, dans des réservoirs
garnis de matériaux nanostructurés poreux;
-
la technologie assurant la force
motrice nécessaire via des moteurs électriques alimentés à
partir d'une pile à combustion alimentée en hydrogène
produit directement, sans stockage, par un "réformeur"
et à partir d'un carburant liquide tel le méthanol. Réformeur qui transforme le carburant liquide
en «
reformat », un gaz très riche en hydrogène, avec lequel la
pile à combustible est capable de fonctionner.
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Voila un retour à la case de départ ! La
voiture propre à l'hydrogène consommerait des hydrocarbures ! Quel
est dès lors le progrès réalisé sur le plan de la protection de
l'environnement et de la lutte contre les effets néfastes des émissions
de CO2 ? |
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En réalité, les efforts développés ces
dernières années visant la création de véhicules propres à émission zéro
de
CO2 et ne nécessitant plus d'énergie fossile, ont portés
largement leurs fruits. Les innovations technologiques et techniques sont
nombreuses.
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Mais les recherches menées dans la filière
hydrogène buttent contre un obstacle important; l'encombrement du
réservoir de stockage. |
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L’une des solutions pressenties
actuellement pour transporter l’hydrogène, dans les véhicules
automobiles, est le stockage
sous une forme adsorbée. |
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L’hydrogène y est piégé dans les
pores de matériaux nanostructurés donnant lieu ainsi à
une phase dense pour des conditions de température et de
pression moins sévères que celles nécessaires pour les autres
formes de stockage. |
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Dès leur découverte, les
nanotubes de carbone ont été considérés comme des
matériaux nanoporeux à haute potentialité de
stockage d’hydrogène. Les premiers résultats de
capacité de stockage d’hydrogène dans de tels matériaux
ont déjà été publiés à la fin des années 90. |
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L’autre solution pressentie se situe au niveau
de la transformation du CO2 en méthanol par hydrogénation
pour assurer un transport plus facile et moins onéreux du carburant,
le méthanol devenant ainsi le " porteur d'hydrogène". |
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Le
méthanol est ensuite traité dans un « reformeur »., pour
alimenter une pile à combustion d'hydrogène, transformant en un premier
temps, le
carburant liquide en « reformat », un gaz très riche en hydrogène.
La combustion de cet hydrogène dans la pile à combustion - PAC- produit
une énergie électrique qui est alors transmise aux moteurs électriques de
traction équipant le véhicule automobile. |
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La transformation du méthanol en gaz hydrogène peut s’opérer à l’intérieur ou à l’extérieur
de la pile à combustion dans un véritable système de reformage. |
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Un tel système appliqué à un véhicule
automobile ne permet cependant pas de produire des véhicules entièrement propres
puisqu’il rejette une certaine quantité de CO2 produit lors
du reformage. Mais ce rejet se fait en quantité nettement
moindre que dans le cas d’un même véhicule équipe d’un moteur traditionnel
à explosion et à essence d'autant plus que le CO2 qui a permis
la production du méthanol peut provenir du captage du CO2
par un processus de captage et de séquestration du carbone- CCS. |
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De
grandes sociétés productrices d'hydrogène tel " Air Liquide" ainsi
que les grands constructeurs d'automobiles s'activent actuellement
à trouver des compromis pour réduite l'encombrement des
réservoirs de stockage à bord et de réduire le taux de
production secondaire de CO2 lors du reformage. |
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Ils s'activent également pour réduire les coûts d'installation
des réseaux de distribution soit d'hydrogène, soit de
méthanol. |
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Quant aux pétroliers ils s'interrogent probablement sur les attitudes à
prendre en ce qui concerne l'éventuelle prise de contrôle de la nouvelle
économie de l'hydrogène qui s'annonce, tout en maintenant une certaine
rentabilité au niveau de l'ancienne économie du carbone. Qui eut et
gardera pour un certain temps tout son intérêt géopolitique.
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Il convient de remarquer que l'usage des
piles à combustion révolutionne également tout le système de production de
l'énergie électrique, de par la mobilité des unités autonomes de
production d'énergie électrique ainsi que par sa souplesse
d'exploitation. |
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Les
piles à combustion de faible puissance vont, elles aussi, révolutionner
l'alimentation de nos ordinateurs portables ? |
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