Peut-on récupérer l'hydrogène et l'oxygène de l'eau ?

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Peut-on récupérer l’hydrogène et l’oxygène de l’eau ?

L’accroissement de l’effet de serre et des problèmes de pollution liés aux combustibles fossiles, dont les réserves s’amenuisent de plus en plus, ont conduit à s’intéresser à l’hydrogène, qui pourrait bien s’avérer le carburant du futur. Mais, contrairement aux sources primaires d’énergie, il doit être fabriqué avant d’être stocké et utilisé.
L’extraction de l’hydrogène à partir de l’eau consomme de l’énergie. Les plantes réalisent cette opération grâce à la chlorophylle et à l’énergie solaire. Au XIX^e siècle, le chimiste Henri Sainte-Claire Deville avait montré que la vapeur d’eau subissait une décomposition partielle par chauffage, à des températures supérieures à 1 000 °C. Mais le degré de dissociation thermique reste de moins de 2 % à 2 000 °C et atteint 14 % à peine vers 3 000 °C.
De telles températures sont proprement irréalistes sur le plan technico-économique si bien que les chercheurs se sont tournés vers l’électrolyse, à basse ou haute température. Dans ce dernier cas, une partie de l’énergie nécessaire est apportée sous forme de chaleur, ce qui accroît l’efficacité de la réaction, mais multiplie son coût par deux.
Lors de l’électrolyse, le courant électrique décompose l’eau en hydrogène et oxygène. La première préparation d’hydrogène fut, semble-t-il, bricolée en 1789 par le marchand hollandais Paets Van Troostwyk, à partir d’une solution de soude ou de potasse à 25 % car l’eau ne conduit que très peu le courant électrique si on ne la dope pas. L’expérience a été a reconduite en 1800, de manière plus rigoureuse, par les chimistes britanniques William Nicholson et sir Anthony Carlisle grâce à la pile électrochimique que venait d’inventer Volta.
Actuellement, ce sont plusieurs centaines de cellules électrolytiques que l’on associe en série, avec des parois semi-perméables empêchant l’oxygène et l’hydrogène de se combiner en un mélange explosif. Les électrodes elles-mêmes sont des disques ou volumes de platine en nids d’abeilles, de manière à réaliser une plus grande surface réactionnelle.
L’électrolyse produit actuellement moins de 5 % de l’hydrogène. Le procédé industriel de fabrication le plus répandu consiste à faire réagir de l’eau vers 700 °C sur des hydrocarbures, dont le gaz naturel, dans des unités dédiées, ou à le coproduire dans les fabrications d’autres produits chimiques tels l’éthylène ou le chlore (l’oxygène, quant à lui, est surtout produit par distillation de l’air). Le reformage
D’hydrocarbures, moins coûteux que l’électrolyse, produit en revanche du dioxyde de carbone.
La production d’hydrogène à l’aide de l’énergie nucléaire pourrait s’avérer une solution de rechange à terme. L’énergie nécessaire à l’électrolyse de l’eau pourrait être fournie par des réacteurs nucléaires dédiés, type CANDU au Canada. Le développement du volet production d’hydrogène pourrait alors s’orienter vers les créneaux suivants : électrolyse de l’eau par utilisation des capacités excédentaires pendant les heures creuses, utilisation de la chaleur des réacteurs et de l’électricité produite pour une électrolyse à haute température, production thermochimique d’hydrogène à haute température grâce à la chaleur, utilisation de la chaleur des réacteurs pour le reformage à la vapeur du gaz naturel.
Autre solution : la dissociation de l’eau par un cycle thermochimique à haute température, à base de soufre ou chlorure de cuivre, processus mettant en œuvre une suite de réactions utilisant la chaleur fournie par la centrale, comme au Japon ou aux USA.