- 1. Les isotopes naturels et artificiels de l’hydrogène
- 2. Le spectre de l’atome d’hydrogène et l’avènement de la mécanique quantique
- 3. Hydrogène et naissance de l’électrodynamique quantique
- 4. Structure du noyau de l’atome d’hydrogène et chromodynamique quantique
- 5. L’antihydrogène
- 6. Les phases de l’hydrogène
- 7. Hydrogène et astrophysique
- 8. Hydrogène et énergie
HYDROGÈNE (physique)
- Article mis en ligne le
- Modifié le
- Écrit par Bernard PIRE
Hydrogène et énergie
La physique de l’hydrogène et de ses isotopes trouve son application dans la production d’énergie, domaine encore passablement futuriste justifié par le fait que l’hydrogène est un élément très abondant sur Terre, en particulier dans la molécule d’eau, de sorte que cette ressource est en quelque sorte illimitée. La production d’énergie à partir de l’hydrogène est envisagée sous deux formes radicalement différentes.
La fusion nucléaire
Explosion d'une bombe à hydrogène
Rob Atkins/ The Image Bank / Getty Images Plus
La première concerne la fusion d’isotopes de l’hydrogène. Copier le fonctionnement du Soleil en domestiquant l’énergie issue de la fusion de noyaux légers est un formidable défi dont on est loin de connaître l’issue. Bien qu’on soit capable, depuis l’explosion de la première bombe H en novembre 1952, d’initier le processus de fusion nucléaire et d’en observer les effets destructeurs, les difficultés sont immenses pour maîtriser ce dégagement d’énergie afin de le rendre utile et pacifique. L’élément essentiel de cette recherche est l’établissement d’un plasma d’isotopes (deutérium et tritium) de l’hydrogène, porté et confiné à une température de l’ordre de 100 à 200 millions de degrés. Deux méthodes sont en cours d’exploration :
– le confinement magnétique, qui utilise un champ magnétique puissant pour maintenir en régime stationnaire un mélange gazeux de deutérium-tritium peu dense. C’est la voie de recherche poursuivie par l’installation internationale ITER, installée à Cadarache en Provence ;
– le confinement inertiel, où des faisceaux laser très puissants compriment et chauffent un mélange solide deutérium-tritium hyperdense, comme dans le projet européen Hyper.
Malgré un volontarisme et des investissements à la hauteur de l’enjeu, c’est-à-dire une extraordinaire capacité de production d’énergie, les difficultés scientifiques et techniques s’accumulent depuis des décennies et retardent sans cesse l’échéance à laquelle la faisabilité du processus pourrait être démontrée. Les plus optimistes n’envisagent pas la réussite d’un tel programme de production d’électricité avant la seconde moitié du xxie siècle.
La pile à hydrogène
Pile à hydrogène, oxygène et solution d'hydroxyde de potassium
Encyclopædia Universalis France
La seconde utilisation énergétique est celle de la pile à hydrogène, encore appelée pile à combustible. Il s’agit ici plutôt de stocker que de produire de l’énergie. Le principe est simple : puisque hydrogène et oxygène réagissent – de façon souvent explosive – pour former de l’eau mais surtout en dégageant de l’énergie, il s’agit de séparer l’hydrogène présent dans l’eau (par exemple dans des centrales solaires), de le stocker de manière stable, de le transporter pour le livrer à l’utilisateur soit pour une utilisation directe comme carburant – mais les moteurs conventionnels ne sont pas bien adaptés –, soit pour la production d’électricité par une pile à combustible. La réaction électrochimique qui crée le potentiel électrique se produit dans un ensemble de cellules reliées à des batteries de stockage d'énergie électrique. Le potentiel créé étant faible, on doit en général associer plusieurs centaines de cellules afin d’alimenter un moteur électrique capable d’agir sur les roues d’un véhicule. La réalisation concrète d’un tel programme industriel est complexe et mobilise aujourd’hui de nombreux acteurs industriels.
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Écrit par
- Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau
Classification
Pour citer cet article
Bernard PIRE. HYDROGÈNE (physique) [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )
Article mis en ligne le et modifié le 27/09/2022
Médias
Interprétation des raies du spectre de l’hydrogène
Encyclopædia Universalis France
Les modèles successifs de l’atome
Encyclopædia Universalis France
Expérience de Rutherford
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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DÉCOUVERTE DE L'HYDROGÈNE PAR CAVENDISH
- Écrit par Bernard PIRE
- 728 mots
L’article envoyé en mai 1766 par l’honorable Henry Cavendish (1731-1810) à la Royal Society, dont il est membre, décrit de façon magistrale la découverte d’un gaz léger s’échappant de certaines réactions chimiques : l’hydrogène. Ces travaux, publiés dans la livraison datée du 1...
-
ACIDO-BASIQUE ÉQUILIBRE
- Écrit par Pierre KAMOUN
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L'apport alimentaire en ions hydrogène H+ est essentiellement représenté par les amino-acides introduits par les protéines (10 g de protéines libèrent 6 à 7 milliéquivalents d'ions H+). -
AMMONIAC
- Écrit par Henri GUÉRIN
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L'action des sels d'ammonium sur les métaux dans l'ammoniac liquide est semblable à celle des acides en phase aqueuse : on obtient un sel du métal attaqué et un dégagement d'hydrogène :
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ARCHÉES ASGARD
- Écrit par Patrick FORTERRE
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...avec une bactérie sulfato-réductrice du genre Desulfovibrio et une archée productrice du méthane du genre Methanogenium. L’archée Loki produit de l’hydrogène qui est utilisé par la bactérie pour produire du sulfure d’hydrogène et par Methanogenium pour produire du méthane. Hiroyuki Imachi... -
ASTROCHIMIE
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