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L'hydrogène

A l’origine de l’univers

L’hydrogène est l’élément le plus abondant de l’univers. Il est présent sur Terre en grande quantité, combiné à d’autres éléments. Il est donc nécessaire de l’extraire de ces éléments pour obtenir ce gaz aux multiples applications.

Propriétés de l’atome :

Masse atomique
1,007825 g.mol -1

Rayon atomique
25 pm

Configuration électronique
1s1

Structure cristalline
hexagonale

La molécule d’hydrogène H2, parfois appelée le « di-hydrogène », est la molécule la plus ancienne et la plus simple de notre Univers.  On la retrouve dans toutes les étoiles comme le Soleil qui tire son énergie de la transformation de l’hydrogène en hélium au cours d’une réaction thermonucléaire. Elle est composée de deux atomes d’hydrogène, qui sont les premiers éléments à s’être formés, il y a plus de 13 milliards d’années.

  • Nom : hydrogène
  • Symbole : H
  • Numéro : 1
  • Série chimique : non-métaux
  • Groupe : 1
  • Période : 1
  • Bloc: s

L’hydrogène se trouve en très grande quantité sur Terre combiné à d’autres éléments comme dans l’eau ou les hydrocarbures mais il est peu présent dans notre atmosphère qui en contient seulement 0,00005%. Obtenir de l’hydrogène gazeux nécessite donc de le produire en l’extrayant des molécules qui le contiennent et de le stocker.

Depuis de nombreuses années, l’hydrogène est utilisé dans de multiples applications industrielles, pour des secteurs d’activité très variés. Sa principale utilisation est l’élimination du soufre, naturellement contenu dans le pétrole, afin de produire des carburants plus propres. L’hydrogène est également une source d’énergie durable, dont le développement s’accélère chaque jour, dès lors qu’il est associé à une pile à combustible.

molécules hydrogène

Focus

LE SAVIEZ-VOUS ?

La molécule d’hydrogène est la plus petite et la plus légère de l’Univers. Elle est 50 000 fois plus petite que l’épaisseur d’un cheveu, et un litre d’H2 dans des conditions normales de pression et de température pèse 90 mg soit le poids de 3 timbres.

En savoir plus

Sa carte d’identité

NOM : « Di-hydrogène » est son nom scientifique, hydrogène son nom usuel.

FORMULE CHIMIQUE : H2

COMPOSITION : Deux atomes d’hydrogène reliés entre eux.

ÂGE : C’est la molécule la plus ancienne de l’Univers. Elle est apparue après le Big Bang, il y a plus de 13 milliards d’années.

TAILLE : C’est la plus petite molécule existante dans l’Univers.

POIDS : C’est la molécule la plus légère existante dans l’Univers.

ADRESSE : C’est la molécule la plus abondante de l’Univers. On la retrouve dans les étoiles comme le Soleil et dans les planètes gazeuses comme Jupiter.

PARTICULARITÉS : La molécule d’hydrogène n’a ni couleur, ni odeur et n’est pas toxique.

MÉTIER : C’est le combustible du Soleil qui lui permet de nous transmettre de la chaleur et de la lumière. C’est aussi le carburant des fusées et il permet déjà de propulser des voitures électriques qui produisent leur électricité à bord. C’est un réactif largement utilisé dans de nombreuses industries, notamment le raffinage.

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Au coeur de la formation de l’univers

Il y a plus de 13 milliards d’années, quelques minutes seulement après le Big Bang les protons qui sont les constituants des noyaux de l’hydrogène voient le jour. À ce stade de la formation de l’Univers, la température est extrêmement élevée et avoisine un milliard de degrés.

L’Univers commence ensuite une phase d’expansion et se refroidit. Au bout de plusieurs millions d’années, il est suffisamment froid pour que des molécules d’hydrogène se forment. Elles donneront naissance à d’immenses nuages appelés «nébuleuses», qui initient la formation des étoiles.

C’est également une nébuleuse qui est à l’origine du Soleil, il y a environ 5 milliards d’années. Notre étoile est essentiellement composée d’hydrogène et d’hélium, ce dernier étant issu de la réaction de fusion thermonucléaire qui permet au Soleil de produire son énergie. Ces deux éléments sont les plus légers et les plus abondants dans l’Univers.

Les quatre planètes géantes gazeuses de notre système solaire, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, sont elles aussi formées majoritairement d’hydrogène.

L’atmosphère terrestre est pourtant presque totalement dépourvue de ce gaz. En effet, le champ gravitationnel terrestre n’est pas assez puissant pour retenir ces molécules très légères. On retrouve cependant de nombreuses sources d’hydrogène sur Terre où il est combiné avec d’autres éléments, comme dans l’eau ou les hydrocarbures.

L’histoire de sa découverte

L’hydrogène a été découvert en 1766 par le physicien britannique Cavendish. C’est en faisant réagir des métaux avec des acides qu’il remarqua la formation d’un gaz qu’il nomma alors « air inflammable » parce qu’il pouvait brûler. Ce gaz extrêmement léger était de l’hydrogène. Il constata par la suite que sa combustion formait de la vapeur d’eau.

C’est en 1783, que le chimiste français Lavoisier donna à ce gaz le nom « d’hydrogène » qui, en grec, signifie « qui génère de l’eau ».

Il faudra attendre 1838 pour que Schönbein, un chimiste allemand, découvre le procédé de la pile à combustible qui permet de produire de l’électricité à partir d’hydrogène et d’oxygène. Le premier modèle de pile à combustible fût construit en laboratoire, trois ans plus tard, par Sir William Grove, un scientifique anglais.

De nombreux autres travaux sont ensuite menés sur la molécule d’hydrogène. En 1898, Dewar parvient à liquéfier l’hydrogène en le refroidissant à -252,87°C. Son procédé de liquéfaction fut amélioré par un autre chimiste et physicien français, Georges Claude, l’un des fondateurs d’Air Liquide.

Hype taxi to Paris : hydrogen vehicle
Taxi hydrogène à Paris

Les premières applications

Les premières utilisations de l’hydrogène dans les transports remontent au 18e siècle, lorsque Charles et Robert firent un voyage aérien dans un ballon appelé « aérostat à gaz hydrogène ». Ce fut l’un des premiers appareils qui permit à l’Homme de s’élever dans les airs.

En 1932, Bacon reprit les études sur la pile à combustible et réalisa un premier prototype en 1953. Ce prototype servit de modèle aux piles à combustible utilisées lors des missions spatiales Apollo qui ont permis d’atteindre la Lune en 1969.

L’hydrogène trouva au 20e siècle une autre application dans le domaine spatial. En 1943, l’hydrogène liquide fut testé comme carburant de fusée à la Ohio State University. Par la suite, c’est devenu un carburant pour de nombreuses fusées ou lanceurs comme Ariane 5.

Aujourd’hui, l’hydrogène est l’un des vecteurs énergétiques propres du 21e siècle pour un transport plus respectueux de l'environnement

 

© GettyImages - Westend61 - J.Melin