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Le stockage de l'hydrogène est rendu complexe du fait de sa très faible masse molaire et de sa très basse température de liquéfaction, tout particulièrement quand il s'agit d'un stockage mobile. Par conséquent, l'hydrogène peut-être stocké sous ses 3 états en fonction de son utilisation et des volumes mis en jeu.

Si l'état liquide s'impose indiscutablement quand le besoin se chiffre en tonnes, voire en dizaines de tonnes, le stockage à l'état gazeux sous pression présente de nombreux avantages quand les quantités mises en jeu ne dépassent pas quelques kilogrammes ou dizaines de kilogrammes. Le stockage sous forme solide (nanotubes ou hydrures) fait l'objet d'intense recherche car il parait particulièrement adapté aux stockages mobiles.

- Stockage sous pression

Le stockage et la distribution d'hydrogène sous pression sont une pratique standard, depuis de très nombreuses années, avec des bouteilles ou assemblages de bouteilles cylindriques, en acier, gonflées à 20 ou 25 MPa. L'inconvénient de ce mode de stockage est l'encombrement – seulement 14 kg/m3 à 20 MPa et à température ordinaire (21°C) contre 100 kg/m3 pour le méthane – et surtout le poids qui résulte de l'utilisation d'aciers à de bas niveaux de contraintes pour éviter les problèmes de fragilisation par l'hydrogène. La situation a radicalement changé avec la technologie des réservoirs dits de type III ou IV. Dans ces derniers, des structures de renforcement en composite constituées de fibres (verre, aramide, carbone) et d'une résine (thermodurcissable ou thermoplastique) permettent de travailler à des pressions beaucoup plus élevées tout en réduisant la masse et en évitant les risques de rupture explosive malgré des agressions externes sévères. C'est ainsi que 35 MPa est pratiquement devenu le standard actuel.

- Stockage liquide

Les gaz que nous connaissons à la température ambiante sous la pression atmosphérique se liquéfient tous si l'on abaisse suffisamment leur température en maintenant leur pression constante. Les températures de cette « condensation » sont en fait très différentes suivant la nature du gaz : ainsi l'hydrogène, maintenu à la pression atmosphérique, devient liquide à 20,3 K soit – 252,85 °C. Il est alors près de 800 fois plus dense que le gaz, d'où, à priori, l'intérêt évident que présente cette forme liquide pour le stocker et le transporter, mais un certain niveau de technologie cryogénique est à mettre en œuvre que ce soit pour le liquéfier ou pour le conserver à l'état liquide. L'hydrogène est utilisé sous cette forme depuis longtemps par les industriels, et en particulier par ceux qui le distribuent aux divers utilisateurs.

- Stockage sous forme « solide »

Le stockage de l'hydrogène sous forme « solide » est un abus de langage. L'hydrogène gazeux est soit adsorbé et retenu à la surface d'un matériau poreux soit absorbé lors de la formation d'un hydrure solide.

L'adsorption d'un gaz comme l'hydrogène par un solide est l'augmentation de la densité de ce gaz à la surface du solide par l'effet des forces intermoléculaires. Cette adsorption augmente avec la pression du gaz et est d'autant plus importante que la température est plus basse. Etant purement physique, l'adsorption est réversible : elle diminue lorsqu'on abaisse la pression ou que la température augmente. Utiliser ce phénomène de surface pour stocker un gaz ne peut se faire qu'avec un solide à grande surface c'est à dire à la fois très poreux et très divisé, sous forme de fine poudre.

Dans la pratique si le stockage par adsorption exige de grandes surfaces spécifiques, il nécessite également une densité apparente des adsorbants la plus élevé possible afin d'emmagasiner un maximum de gaz dans un volume donné. Cela peut être obtenu par compactage des adsorbants, mais cette opération n'est guère possible avec les charbons actifs conventionnels en revanche d'après de premières expériences elle l'est avec des nanotubes, un intérêt évident pour ce nouveau matériau.

Une autre méthode de stockage de l'hydrogène, dite absorption, est fondée sur la formation d'hydrures métalliques solides. L'hydrogène moléculaire s'absorbe en effet dans une large variété de métaux et d'alliages métalliques. Cette absorption résulte de la combinaison chimique réversible de l'hydrogène avec les atomes composant ces matériaux, liaison dite liaison métallique. Les composés ainsi formés sont appelés hydrures métalliques.

D'un point de vue pratique, il faut tenir compte des effets thermiques liés à l'hydruration (adsorption ou remplissage) et à la déhydruration (désorption ou vidage). L'hydruration est fortement exothermique (~ 150 kJ/kg) et la chaleur produite nécessite d'être évacuée. A l'inverse la déhydruration est endothermique et nécessite un apport de chaleur. Les températures de la réaction d'hydruration sont typiquement situées entre 300 et 650 K à des pressions de 0.1 à 10 MPa. Des protocoles ont été proposés pour l'utilisation des hydrures à bord de véhicules où on se sert de la chaleur produite par le fonctionnement du moteur pour la désorption, l'adsorption devant cependant s'accompagner d'un refroidissement du réservoir. Pour de telles applications mobiles ce sont plutôt les hydrures de magnésium et les alanates qui sont retenus alors que pour les applications stationnaire on utilise les hydrures à base d'alliages (lanthane-nickel, calcium-nickel, zirconium-manganèse, fer-titane).


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