Hydrogène

C’est l’élément le plus abondant de l’Univers : 75 % en masse et 92 % en nombre d’atomes. Sur Terre, s’il ne représente que 0,22 % des atomes, il constitue 63 % des atomes du corps humain

Premier élément formé à la suite de ce que l’on appelle le Big Bang, l’hydrogène est l’élément le plus abondant de l’Univers. Il est présent en grande quantité dans les étoiles et les planètes gazeuses ; il est également le composant principal des nébuleuses et du gaz interstellaire. Dans la croûte terrestre, il ne représente que 0,22 % des atomes, loin derrière l’oxygène (47 %) et le silicium (27 %). Sur Terre, sa source la plus commune est l’eau (H2O), mais il est surtout le principal constituant (en nombre d’atomes) de toute matière vivante, associé au carbone, à l’oxygène et à l’azote dans les composés organiques.

Premier élément du tableau périodique (il porte le numéro 1, indiqué en bas et à gauche du symbole H), l’hydrogène est l’élément chimique le plus simple puisqu’il est constitué seulement d’un proton et d’un électron. Il existe toutefois deux isotopes beaucoup moins abondants (0,2% au total) qui diffèrent par la constitution du noyau : un proton et un neutron pour le deutérium (2H ou D) et un proton et deux neutrons pour le tritium (3H ou T), isotope instable, radioactif.

L’hydrogène présent en grandes quantités dans le cœur des étoiles est une source d’énergie via les réactions de fusion nucléaire qui combinent 4 noyaux d’atomes d’hydrogène (4 protons) pour former un noyau d’atome d’hélium et un dégagement d’énergie considérable. Les deux voies de cette fusion nucléaire naturelle sont la chaîne proton-proton, de Eddington, et le cycle carbone-azote-oxygène catalytique, de Bethe et von Weizsäcker. La fusion nucléaire réalisée dans les bombes à hydrogène ou bombes H met en œuvre des isotopes intermédiaires de la fusion de l’hydrogène en hélium en cours dans les étoiles : le deutérium, le tritium et un isotope de l’hélium.

Pour son application plus pacifique, mais importante, c’est la molécule de dihydrogène, H2, qui est employée. De grandes quantités de dihydrogène sont nécessaires dans l’industrie, notamment dans le procédé Haber-Bosch de production de l’ammoniac, le procédé Fischer-Tropsch de synthèse de carburants (essence et gazole), l’hydrogénation des graisses et des huiles et la production de méthanol. La fabrication de l’acide chlorhydrique, le soudage, la réduction de minerais métalliques, etc. requièrent également du dihydrogène. Enfin, parce que très léger et hautement énergétique, il est le carburant moderne des fusées : Ariane, la navette spatiale emportent de l’hydrogène et de l’oxygène liquéfiés qui sont brûlés pour fournir l’énergie nécessaire à leur propulsion dans l’espace. C’est apparemment une réaction propre puisqu’elle ne produit que de l’eau…

En fait, le problème essentiel du développement d’une économie non polluante à base de dihydrogène (les véhicules à hydrogène, les piles à hydrogène, etc.) est lié à sa production. Actuellement, il est principalement produit par réduction de l’eau au contact de différentes sources de carbone : charbon, méthane, hydrocarbures, biomasse, ce qui engendre d’importantes quantités de dioxyde de carbone. L’électrolyse de l’eau est également employée, mais nécessite une électricité bon marché : est-ce l’avenir ?

Sources :

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