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L'hydrogène

H

L'hydrogène [symbole H] est un corps simple dont le noyau atomique est composĂ© d'un unique proton. Cela en fait l'Ă©lĂ©ment le plus simple et le plus lĂ©ger. C'est aussi l'Ă©lĂ©ment le plus abondant de l'univers : il reprĂ©sente, en masse, 75 % de toute la matière ordinaire de l'univers; en nombre, cela correspond 93 % de tous les atomes existants. On le rencontre Ă  peu près partout : dans les Ă©toiles, dont il reprĂ©sente 75% de la masse, dans le milieu interstellaire et, en abondance aussi sur les planètes gĂ©antes et mĂŞme sur Terre, oĂą il est, avec l'oxygène, l'autre constituant de l'eau  (H2O). C'est Ă©galement, uni au carbone cette fois, un composant crucial des molĂ©cules impliquĂ©es dans les processus du vivant (protĂ©ines, lipides, glucides, etc.).
 
Numéro atomique
Masse atomique
Point d'ébullition (°C)*
Point de fusion liquide (°C)
Point de fusion solide (°C)
Chaleur spécifique (J/g/°C)*
Masse volumique (g/cm3)**
Structure Ă©lectronique*
Degrés d'oxydation
1
1,00794
-252,87*
-259,14
-264
14,3
0,071*
1s1
1
 *Ă  25°C ;  **au point d'Ă©bullition

L'hydrogène brûle avec une flamme bleu pâle non lumineuse, mais ne supporte pas la combustion des combustibles ordinaires. Il forme un mélange hautement explosif avec l'air ou l'oxygène, surtout lorsqu'il est dans la proportion de deux volumes d'hydrogène pour un volume d'oxygène (mélange stoechiométrique).

Plusieurs isotopes existent. L'hydrogène proprement dit ou protium (1H ou 1H• dans le langage des chimistes et p+eÂŻ, dans celui des physiciens des particules), dont le noyau ne possède pas de neutron, est le plus commun (99.98% de tout l'hydrogène prĂ©sent dans l'univers);  masse atomique : 1,00794. Le seul autre isotope stable est le deutĂ©rium (2H, D ou d+eÂŻ), aussi appelĂ© hydrogène lourd, qui possède un noyau formĂ© d'un proton et d'un neutron; masse atomique : 2,01410. L'eau fabriquĂ©e avec du deutĂ©rium (D2O), appelĂ©e eau lourde, est plus de 10 % plus dense que l'eau ordinaire. Le tritium (3H, T ou t+eÂŻ) , quant Ă  lui, a un noyau constituĂ© d'un proton et de deux neutrons; masse atomique : 3,01605. Ce noyau est instable. Il se dĂ©sintègre par dĂ©sintĂ©gration bĂŞta et a une pĂ©riode de 12,32 ans. 

DĂ©couverte de l'hydrogène. - L'hydrogène a Ă©tĂ© prĂ©parĂ© accidentellement longtemps avant qu'on sĂ»t le distinguer comme une espèce gazeuse spĂ©ciale. 

Paracelse ,au XVIe siècle, est le premier auteur qui signale l'apparition d'un gaz qui s'Ă©chappe comme un souffle lorsqu'on traite le fer par l'acide sulfurique diluĂ©. Au commencement du XVIIIe siècle, Turquet de Mayerne insiste sur l'inflammabilitĂ© et l'odeur dĂ©sagrĂ©able du gaz produit dans ces circonstances; en 1700, N. Lemery  a montrĂ© qu'un mĂ©lange d'hydrogène et d'air dĂ©tonait Ă  l'application d'une alumette. Boyle en parle Ă©galement.

Les premières expériences précises concernant la nature de l'hydrogène ont été faites en 1766 par H. Cavendish, qui a montré qu'il se formait lorsque divers métaux étaient soumis à l'action d'acides sulfuriques ou chlorhydriques dilués. Cavendish l'appela air inflammable, et pendant quelque temps il fut confondu avec d'autres gaz inflammables, qui étaient tous censés contenir le même principe inflammable, le phlogistique, en combinaison avec des quantités variables d'autres substances. Cavendish finit par montrer en 1781 que l'eau était la seule substance produite lorsque l'hydrogène était brûlé dans l'air ou l'oxygène.

A la suite des travaux de Lavoisier (1792), le gaz de Cavendish prit le nom d'hydrogène (du grec hydrĂ´ = eau et gennaein = produire, en allusion au fait que l'eau est produite lorsque le gaz brĂ»le dans l'air). 

Propriétés physiques

Dans les condtions ordinaires de température et de pression, l'hydrogène, lorsqu'il est pur, est un gaz incolore, inodore et sans saveur. C'est le plus léger de tous les gaz connus; il pèse quatorze fois et demie environ moins que l'air sous le même volume et dans les mêmes conditions de température et de pression; sa densité est de 0,08988.10-3 g/cm3 (à 0°C).
On peut mettre en Ă©vidence l'extrĂŞme lĂ©gèretĂ© de ce gaz par les expĂ©riences suivantes : une Ă©prouvette remplie d'hydrogène peut ĂŞtre tenue verticalement sans que ce gaz s'Ă©chappe pourvu que l'ouverture soit tournĂ©e vers le bas; mais si l'on retourne l'Ă©prouvette en dirigeant l'ouverture en haut, l'hydrogène plus lĂ©ger que l'air s'Ă©lève et l'Ă©prouvette n'en renferme bientĂ´t plus. Si l'on plonge dans de l'eau de savon l'extrĂ©mitĂ© d'un tube par lequel se dĂ©gage de l'hydrogène, des bulles se forment et s'Ă©lèvent dans l'atmosphère. Au dĂ©but du XXe siècle, on utilisait la lĂ©gèretĂ© de l'hydrogène dans le gonflement des ballons; de fait, Ă  volume Ă©gal, c'est le gaz qui donne la plus grande force ascensionnelle. 
L'hydrogène est très peu soluble dans l'eau qui n'en dissout que 0,19 de son volume environ. Cailletet a montrĂ© dès 1877 que l'hydrogène pouvait ĂŞtre liquĂ©fiĂ©. Sa tempĂ©rature de liquĂ©faction est de -259,14°C; son point d'Ă©bullition de -252,87 °C. Il a Ă©galement Ă©tĂ© solidifiĂ©, la fusion solide Ă  - 264°C. Sa chaleur latente de fusion (enthalpie de fusion) est de 116,3 J/g; chaleur  spĂ©cifique : 14,30 J/g/°C (Ă  25 °C).

Les expériences de Magnus ont établi que l'hydrogène, contrairement à ce qui arrive pour les autres gaz, favorise le passage de la chaleur et cela d'autant mieux qu'il est plus comprimé; à 27°C, sous une pression d'une atmosphère, la conductibilité thermique de l'hydrogène est de 1,815 mW/cm/°C, une conductibilité qui rapproche l'hydrogène des métaux.

Ionisation de l'hydrogène.

Structure Ă©lectronique.
L'atome d'hydrogène ne possédant, à l'état neutre qu'un seul électron e¯ dans le champ de son noyau, sa structure électronique est la plus simple possible. Cet électron appartient à la couche K, qui est aussi la couche de valence, et qui est définie par l'orbitale électronique s. La configuration électronique s'écrit dès lors : 1s1; la valence de l'hydrogène est égale à 1.

Cela signifie qu'à l'état neutre, l'atome d'hydrogène est en meusure d'établir une liaison covalente avec un autre atome, qu'il peut aussi s'ioniser en perdant son électron pour devenir le cation H+, autrement dit un proton (dans le langage de la physique des particule on écrira : p+), mais qu'il peut aussi, puisque sa couche de valence n'est pas saturée, capter un deuxième électron pour former l'anion H¯, aussi appelé protide. Il a été montré en laboratoire que cet anion peut se trouver, entouré de molécules H2, au centre d'un édifice cristallin stable.

Le deutĂ©rium D et le tritium T (noms des formes neutres) peuvent aussi se rencontrer sous forme ionisĂ©e : l'ion D+ (aussi notĂ© 2H+ ou d+) est appelĂ© deutĂ©ron, DÂŻ (2HÂŻ ou d+(eÂŻ)2 ) deutĂ©ride; T+ (3H+ ou t+) est appelĂ© triton, TÂŻ  (3HÂŻ ou t+(eÂŻ)2 ) tritide.
Hydrogène et muons.
Les muons (µ) sont des particules Ă©lĂ©mentaires Ă  courte durĂ©e de vie, rangĂ©es parmi les leptons comme les Ă©lectrons, mais 207 fois plus massifs qu'eux. Il existe des muons porteurs d'une charge Ă©lectrique positive  (µ+) et des muons porteurs d'une charge nĂ©gative (µ¯ ). La durĂ©e de vie des premiers est de 2,2 µs; celle des seconds est bien infĂ©rieure. Bien que ces durĂ©es de vie soient extrèmement brèves, sont suffisantes pour permettre aux muons de se lier Ă  d'autres particules pour former des Ă©difices analogues aux atomes
• Un muon positif (µ+), analogue du point de vue Ă©lectrique Ă  un proton, peut jouer le mĂŞme rĂ´le en tant que noyau atomique en captant dans son champ un Ă©lectron. On  voit alors se constituer une sorte d'hydrogène lĂ©ger (µ+eÂŻ), appelĂ© muonium (Mu ou Mu•). L'ion nĂ©gatif de muonium µ+(eÂŻ)2 prend le nom de muonide. Exemples : Le chlorure de muonium (MuCl), est l'Ă©quivalent du chlorure de deutĂ©rium (2HCl ou DCl); le muoniomĂ©thane (CH3Mu), est le produit de la muonation du mĂ©thane; et le NaMu est appelĂ© muonide de sodium.

• Un muon négatif (µ¯) peut, lui, remplacer un électron dans l'orbitale 1s d'un atome ordinaire. On parle alors d'atome muonique. Ainsi H+µ¯ correspond-il à l'hydrogène muonique. Le remplacement d'un électron par un muon dans d'autres atomes est possible, mais il n'est pas possible d'envisager une véritable chimie à base de muons négatifs à cause de l'extrême briéveté de leur vie. (D'après W.H. Koppenol, Pure Appl. Chem, vol. 73, N° 2, 2001).

Placement dans le tableau périodique.
La tendance de l'hydrogène a devenir un ion positif (H+) en perdant facilement un Ă©lectron le rend analogue aux mĂ©taux. Il partage mĂŞme avec les mĂ©taux alcalins le fait de possĂ©der une couche Ă©lectronique externe dĂ©finie par une orbiale s remplie Ă  moitiĂ©. Cela suggère son placement habituel dans dans le premier groupe (groupe IA ) ou première colonne du tableau pĂ©riodique oĂą sont rangĂ©s les mĂ©taux alcalins (lithium, sodium, potassium, etc.). Il y est le seul, dans ce groupe, Ă  se prĂ©senter sous la forme d'un gaz gaz (H2) Ă  tempĂ©rature ambiante; tous les autres Ă©lĂ©ments Ă©tant des mĂ©taux solides. 
Une catégorie particulière a été créée pour y ranger l'ion H+ et les autres éléments ionisés, qui ont perdu tous leurs électrons sauf un (He+, Li2 +, Be3+ et B4+) : celle des [ions] hydrogénoïdes.
Cependant, l'atome d'hydrogène peut également accepter facilement un électron, remplissant ainsi complètement sa couche de valence. Dans ce cas, l'hydrogène devient un ion négatif (H¯) à la façon des halogènes, c'est-à-dire des éléments du groupe 17 ou groupe VIIA (groupe du fluor, qui comprend aussi le chlore, le brome et l'iode). De là que certains tableaux périodiques placent l'hydrogène plutôt au sommet de la colonne des halogènes (et toujours sur la ligne de l'hélium). Quelques tableaux périodiques placent même l'hydrogène dans les deux positions.

Quoi qu'il en soit, l'hydrogène est si diffĂ©rent des autres Ă©lĂ©ments de l'un ou l'autre groupe qu'il est gĂ©nĂ©ralement considĂ©rĂ© comme occupant une place spĂ©ciale dans le monde des corps simples. 

L'hydrogène dans tous ses états.

L'histoire cosmique de l'hydrogène.
Parce qu'il est l'élément le plus simple, l'hydrogène a été le premier à se constituer au tout début de l'expansion de l'univers. L'histoire de l'univers depuis ses débuts est celle d'un refroidissement (corrélatif de son expansion). Les premiers nucléons - protons (noyaux d'hydrogène) et neutrons -, qui sont, avec les électrons, les constituants de tous les atomes ont pu se former quand la température est descendue au-dessus du point où les quarks, qui préexistaient (en même temps que les électrons), ont pu se lier entre eux trois par trois (Les particules élémentaires). Cela s'est produit dans les premières secondes de l'expansion.

Après quelques minutes, le refroidissement se poursuivant, les noyaux des Ă©lĂ©ments et de leurs isotopes les plus lĂ©gers (deutĂ©rium, hĂ©lium, lithium, etc.) ont commencĂ© Ă  apparaĂ®tre par la fusion de proton et de neutrons en nombres variables (nuclĂ©osynthèse primordiale). Il faut ensuite attendre quelques centaines de milliers d'annĂ©es pour que, la tempĂ©rature Ă©tant descendue au-dessous de 3000 K, les Ă©lectrons, circulant jusque-lĂ  entre les noyaux atomiques, mais interagissant sans cesse avec les photons Ă©galement prĂ©sents, puissent enfin se combiner avec les noyaux atomiques et former les premiers atomes proprement dits. Cette Ă©tape est appelĂ©e le dĂ©couplage de la matière et du rayonnement : la matière et le rayonnement vont connaĂ®tre dĂ©sormais des histoires distinctes. 

Les photons n'interagissant plus massivement avec les électrons, peuvent désormais se propager pendant des durées très longues et donc sur de très grandes distances (ceux qui sont parvenus jusqu'à nous constituent ce qu'on nomme le fond diffus cosmologique). Quant aux atomes, et plus spécialement les atomes d'hydrogène, qui représentent l'écrasante majorité des atomes issus de la nucléosynthèse primordiale, ils ne sont plus désormais soumis qu'à la gravitation

Des masses de plus en plus denses d'hydrogène atomique vont ainsi s'accumuler. Leur effondrement gravitationnel sur elles-mêmes fournit les conditions de température et de préssion auxquelles les noyaux d'hydrogène fusionnent en dégageant une grande quantité d'énergie et produisant ainsi l'allumage des premières étoiles, qui se rencontrent déjà dans ces immenses troupeaux que sont la galaxies.

Les Ă©toiles, par leur rayonnement de haute Ă©nergie Ă©mis, soit pendant leur vie, soit au moment de leur explosion finale, sont responsables de l'ionisation autour d'elles de grandes quantitĂ©s d'atomes d'hydrogène qu'elles ne sont pas accaparĂ©es en se formant et qui flottent encore en masse dans l'espace. On observe encore aujourd'hui de grands nuages de plasma d'hydrogène ainsi portĂ© Ă  très haute tempĂ©rature dans le milieu intergalactique. A l'intĂ©rieur des galaxies, l'hydrogène a continuĂ© d'ĂŞtre la matière première avec laquelle de gĂ©nĂ©rations successives d'Ă©toiles se sont formĂ© et assurĂ© leur production d'Ă©nergie . 

L'hydrogène dans les étoiles.
L'hydrogène est le principal constituant des étoiles. Celles-ci produisent leur énergie dans leur coeur, leur région la plus profonde, où où la densité est supérieure à cent fois celle de l'eau et où la température dépasse les 5 millions de kelvins. De telles conditions permettent la fusion de noyaux d'atomes d'hydrogène qui aboutit à la formation de noyaux d'hélium (He). C'est ce processus de fusion de l'hydrogène en hélium dans le Soleil qui est la source de lumière, de chaleur et, en dernier ressort, de pratiquement toute l'énergie disponible sur Terre.

La chaĂ®ne proton-proton. - Entre 5 et 20 millions de kelvins, c'est la rĂ©action de fusion proton-proton qui prĂ©domine. Quatre noyaux noyaux d'hydrogène (protons) sont impliquĂ©s : 
1) ils fusionnent deux à deux pour former deux noyaux de deutérium, avec émission dans chaque cas d'un antiélectron et d'un neutrino (1H +1 2H + e); l'antiélectron est aussitôt annihilé en rencontrant un électron, produisant ainsi de l'énergie (e+ + e¯).

2) Chaque noyau de deutĂ©rium capte un noyau d'hydrogène (proton) et forme un noyau d'hĂ©lium-3, avec Ă©mission d'un rayon gamma (2H + p3He + );

3) les deux noyaux d'hĂ©lium-3 fusionnent ensuite pour donner naissance Ă  un noyau d'hĂ©lium-4, tandis que deux noyaux d'hydrogène sont rendus disponibles pour un nouveau cycle (3He + 3He  4He + 1H + 1H).

Le cycle CNO. - Au-delĂ  de 20.106 K, tempĂ©rature atteint au centre des Ă©toiles dont la masse dĂ©passe les 1,3 masses solaires, le processus est un peu plus complexe et fait intervenir des noyaux de carbone (C), d'azote (N) et d'oxygène (C), qui jouent un rĂ´le de catalyseurs (leur abondance n'est pas modifiĂ©e par les rĂ©actions auxquelles ils participent). Ce processus, dit cycle CNO, aboutit Ă  un rĂ©sultat similaire :  production d'Ă©nergie  et de noyaux d'hĂ©lium Ă  partir de la fusion de noyaux d'hydrogène. (la NuclĂ©osynthèse stellaire)
Les étoiles produisent du deutérium en leur sein, mais il est aussitôt détruit, si bien que la totalité du deutérium qui existe est issu de la nucléosynthèse primordiale. Quant au tritium, du fait de son instabilité, il n'a pu survivre aux premiers temps de l'univers, pas plus qu'à sa formation possible dans les étoiles. Celui que l'on observe sur Terre provient de l'interaction des rayons cosmiques avec les gaz atmosphériques.

L'hydrogène interstellaire.
L'hydrogène existe sous deux formes principales dans l'espace interstellaire. Dans de grands nuages froids, dans lesquels il se présente sous forme moléculaire (H2), mélangé à des poussières, et dans l'environnement des étoiles les plus chaudes, où, sous forme ionisée, il constitue de belles nébuleuses brillantes (régions HII).

• Les nuages molĂ©culaires. - Les Ă©lĂ©ments chimiques lourds synthĂ©tisĂ©s par les Ă©toiles, au moment du processus de nuclĂ©osynthèse Ă  l'origine de leur production d'Ă©nergie ou dans les phases finales explosives de leur existence peuvent, dans l'espace interstellaire, froid, s'agglomĂ©rer de diverses manières et former des poussières dont la concentration constitue un milieu assez opaque pour les rayonnement ionisants rendant possible la formation de molĂ©cules d'hydrogène, c'est-Ă -dire d'Ă©difices formĂ©s de deux atomes d'hydrogène reliĂ©s par une liaison covalente. Le rayonnement de ces molĂ©cules dans la domaine radio (raie Ă  21 cm) permet aux astronomes de localiser ces grandes masses froides. Les rĂ©gions les plus denses de ces nuages peuvent s'effondrer sous leur propre poids et engendrer la formation d'Ă©toiles nouvelles en concentrant et comprimant des masses d'hydrogène au point de dĂ©clencher les rĂ©actions nuclĂ©aires au coeur de ces Ă©toiles. 

• Les rĂ©gions HII. - Les Ă©toiles naissent gĂ©nĂ©ralement par groupes ou l'on rencontre des Ă©toiles de diverses masses. les plus massives de ces Ă©toiles sont aussi les plus chaudes et  celles qui Ă©mettent du rayonnement dont l'Ă©nergie est suffisante pour briser les molĂ©cules d'hydrogène alentour et mĂŞme ioniser les atomes prĂ©sents. La rĂ©gion de nuage ainsi ionisĂ©e est appelĂ©e rĂ©gion HII. La recombinaison des ions hydrogène produit alors une belle lumière rose rougeâtre (raie H-alpha (656,3 nm) du spectre). La partie de nuage ainsi ionisĂ©e forme une nĂ©buleuse brillante, qui peut aussi rĂ©vĂ©ler d'autres couleurs engendrĂ©es celles-ci par d'autres ions prĂ©sents (fer, azote, etc.). 

L'hydrogène dans les planètes.
En dehors du Soleil, l'hydrogène présent dans le Système solaire se recontre sous diverses formes dans les planètes géantes où il représente quelque chose comme 75 de leur masse, soit dans les mêmes proportions que dans les étoiles. Il est également présent, à l'état ionisé, dans le milieu interplanétaire, ou en combinaison sous forme de glaces d'eau dans les satellites des planètes géantes, ainsi que dans les petits corps (comètes, astéroïdes). Dans les planètes intérieures (Mars et la Terre, principalement), il peut être en petite quantité sous forme gazeuze (molécules H2), et en quantités plus importantes, lié à l'oxygène, pour former de l'eau (liquide, gazeuze et solide) et à divers autres autres atomes et molécules, par exemple comme composant des gouttelettes d'acide sufurique (H2SO4) des nuages troposphériques de Vénus..
• Les planètes gĂ©antes. Dans les parties les plus extĂ©rieures des planètes gĂ©antes, l'hydrogène (mĂ©langĂ© avec de l'hĂ©lium) est Ă  l'Ă©tat gazeux (molĂ©cules H2). Il peut aussi liĂ©, dans les nuages, Ă  de l'azote pour former de la glace d'ammoniac (NH3) et Ă  l'oxygène pour former de la glace d'eau. Au-dessous, dans les cas de Jupiter et de Saturne, les pressions extrĂŞmes (au-dessus de quelques centaines de GPa) qui règnent font passer l'hydrogène dans une phase liquide (peut-ĂŞtre partiellement solide formant alors un Ă©difice cristallin hexagonal compact), dans laquelle il est conducteur d'Ă©lectricitĂ© Ă  l'image d'un mĂ©tal. Dans les rĂ©gions les plus centrales, au dessous de l'hydrogène mĂ©tallique ou, dans le cas d'Uranus et de Neptune, directement sous l'hydrogène molĂ©culaire, l'hydrogène doit se trouver mĂ©langĂ© ou en combinaison avec d'autres composĂ©s (silicates, etc.) dans un noyau solide. 

• La Terre. - L'hydrogène moléculaire est présent sur Terre à l'état libre dans certaines météorites et dans certains gaz volcaniques, dans les fumerolles, dans la carnallite des mines de potasse de Stassfurt. Sa concentration dans l'atmosphère extrêmement faible à basse altitude (moins d'un millionième de l'atmosphère), augmente au fur et à mesure que l'on s'élève, pour des raisons hydrostatiques mais aussi à cause de l'arrivée du protons portés par le vents solaire et capturés par la Terre. En combinaison avec d'autres éléments, l'hydrogène se rencontre comme constituant des gaz de certaines sources minérales, dans l'atmosphère où il est le constituant du méthane (CH4) en concentration très faible ou d'ammoniac sous forme de traces. Les combustibles fossiles, tels que le pétrole et le gaz naturel, sont principalement constitués d'hydrocarbures, c'est-à-dire de molécules ne contenant que du carbone et de l'hydrogène. Combiné avec l'oxygène dans la proportion de 1/9 pour 8/9 d'oxygène, il forme l'eau si abondante sur notre planète (malgré la très faible masse atomique de l'hydogène, plus de 10% de la masse des océans est constituée par cet élément). Les matières organiques d'origine animale ou végétale renferment toutes de l'hydrogène uni à du carbone ou à du carbone et de l'oxygène.

Diffusion et absorption de l'hydrogène.
Diffusion Ă  travers des parois poreuses.
En raison de sa faible densité, l'hydrogène est le gaz qui se diffuse le plus rapidement à travers des membranes poreuses; l'expérience suivante permet de mettre ce fait en évidence :
• Au bouchon de liège qui ferme un vase poreux renversĂ© (vase de pile), on adapte par une de ses extrĂ©mitĂ©s un tube recourbĂ© tandis que l'autre extrĂ©mitĂ© reste libre dans l'atmosphère; un liquide colorĂ© contenu dans ce tube s'Ă©lève au mĂŞme niveau dans les deux branches quand la pression de l'air est la mĂŞme Ă  l'intĂ©rieur du vase qu'Ă  l'extĂ©rieur; mais si l'on vient Ă  recouvrir le vase poreux d'une cloche remplie d'hydrogène, on voit aussitĂ´t le liquide baisser du cĂ´tĂ© du vase et s'Ă©lever dans la branche libre, accusant ainsi une augmentation de pression Ă  l'intĂ©rieur du vase poreux. L'hydrogène a pĂ©nĂ©trĂ© plus rapidement Ă  l'intĂ©rieur du vase que l'air n'en est sorti. 
Diffusion à travers les métaux.
L'hydrogène traverse aussi les mĂ©taux chauffĂ©s au rouge. L'appareil de Deville et Troost dĂ©crit ci-dessous permet de montrer la permĂ©abilitĂ© du fer (Fe) pour l'hydrogène Ă  haute tempĂ©rature. 
• Un tube en acier fondu communique par l'une de ses extrĂ©mitĂ©s avec un appareil Ă  hydrogène, par l'autre avec un tube en verre recourbĂ© Ă  angle droit dont la grande branche verticale de 80 cm de longueur plonge dans une cuvette Ă  mercure. Le tube d'acier protĂ©gĂ© par un manchon en porcelaine est portĂ© au rouge vif en mĂŞme temps qu'on le fait traverser par un courant d'hydrogène pur. Si l'on interrompt l'arrivĂ©e de l'hydrogène, on voit aussitĂ´t le mercure monter dans la branche verticale Ă  une hauteur qui atteint presque la pression baromĂ©trique. L'hydrogène a donc traversĂ© les parois du tube de fer en laissant un vide presque complet Ă  l'intĂ©rieur. 
La même expérience peut être répétée en remplaçant le tube d'acier par un tube de platine (Pt).

Absorption de l'hydrogène par les métaux.
Le passage de l'hydrogène Ă  travers les parois mĂ©talliques est en relation avec l'absorption de ce gaz par les mĂ©taux (occlusion de Graham), absorption qui peut ĂŞtre considĂ©rĂ©e tantĂ´t comme une combinaison, tantĂ´t comme une dissolution. Troost et Hautefeuille ont Ă©tabli que l'hydrogène se dissout en proportion notable dans la fonte, l'acier et le fer Ă  une tempĂ©rature Ă©levĂ©e. 

Le palladium (Pd) prĂ©sente le mĂŞme phĂ©nomène, mais avec un degrĂ© bien plus marquĂ©; sous la forme de poudre spongieuse, le mĂ©tal absorbe 665 fois son volume d'hydrogène et ne laisse alors rien Ă©chapper dans le vide Ă  la tempĂ©rature ordinaire, mais seulement Ă  100°C; cette absorption  (observable aussi lorsque le mĂ©tal est utilisĂ© comme cathode dans une cellule d'Ă©lectrolyse de l'eau) est assimilable Ă  une vĂ©ritable combinaison tant que le volume de gaz absorbĂ© ne dĂ©passe pas 600 volumes, car l'alliage possède Ă  une tempĂ©rature donnĂ©e une tension fixe de dissociation; si le volume absorbĂ© est supĂ©rieur Ă  600 volumes (Pd2H), la tension Ă  tempĂ©rature constante dĂ©croĂ®t lorsqu'on enlève du gaz et ne reste stationnaire que pour la composition Pd2H. Le potassium (K) et le sodium (Na) forment aussi de vĂ©ritables composĂ©s avec l'hydrogène (K2H, Na2H), caractĂ©risĂ©s aussi par une tension de dissociation fixe Ă  tempĂ©rature constante. L'absorption du gaz commence au-dessus de 200°C avec le potassium et seulement vers 300°C avec le sodium.

La chimie de l'hydrogène

Combinaisons de l'hydrogène.
Un grande partie de la chimie de l'hydrogène s'explique parce que l'hydrogène est un réducteur (donneur d'électrons) très puissant.

L'hydrogène se combine en particulier avec l'oxygène pour former deux composĂ©s, Ă  savoir l'eau (H2O), et le peroxyde d'hydrogène ( H2O2, dĂ©couvert par  L. J. ThĂ©nard en 1818, et composant actif de l'eau oxygĂ©nĂ©e).

Si l'on enflamme l'hydrogène contenu dans une éprouvette tenue verticalement l'orifice en bas, les parties en contact avec l'oxygène de l'air s'unissent à lui avec dégagement de chaleur et de lumière; un corps froid mis au contact de la flamme pendant un instant se recouvre d'une buée de vapeur d'eau.

La flamme de l'hydrogène est pâle et peu éclairante, car elle ne contient en suspension aucune parcelle soluble susceptible d'être portée à l'incandescence. On obtient une flamme blanche et très éclatante en plaçant à son intérieur un corps solide, un fragment de chaux, de zircone, de magnésie, ou bien en faisant barboter le gaz avant la combustion dans un carbure liquide (volatil et riche en carbone).

L'oxygène et l'hydrogène, dans la proportion de leur combinaison, constituent un mĂ©lange explosif puissant, capable de dĂ©toner soit Ă  l'approche d'une flamme, soit sous l'influence d'une Ă©tincelle Ă©lectrique ou mĂŞme d'un morceau de platine poreux qui s'Ă©chauffe peu Ă  peu dans le mĂ©lange jusqu'au point de provoquer la combinaison. 

Le fluor, le chlore, le brome et l'iode s'unissent directement avec le même volume d'hydrogène; la combinaison est immédiate et explosive à l'abri de la lumière dans le cas du fluor ou sous l'influence directe du Soleil dans le cas du chlore. L'hydrogène se combine également avec le carbone, à la température de l'arc électrique.

Le brome et l'iode ne fournissent les acides bromhydrique et iodhydrique que lorsqu'ils sont chauffĂ©s avec l'hydrogène. Il en est de mĂŞme pour le disulfure d'hydogène  H2S2 et du disĂ©lĂ©niure d'hydrogène (H2Se2) dont la synthèse directe Ă  partir des Ă©lĂ©ments ne peut avoir lieu qu'Ă  des tempĂ©ratures assez Ă©levĂ©es.

Liaisons chimique de l'hydrogène.
L'hydrogène peut partager son électron unique pour former une liaison covalente; il peut aussi former liaison ionique par le transfert d'un électron (en perdant le sien ou en acquérant un supplémentaire). L'atome d'hydrogène est également en mesure de participer avec un autre atome à une liaison qui lui est propre, appelée la liaison hydrogène.

Liaison de covalence.
L'unique couche Ă©lectronique de l'atome d'hydrogène, qui est aussi sa couche de valence, ne contient qu'un seul Ă©lectron, mais possède la capacitĂ© d'en accueillir un second. En prĂ©sence d'un autre atome dont la couche de valence  possède Ă©galement un Ă©lectron qui n'est pas associĂ© Ă  un autre dans un doublet, l'Ă©lectron non appariĂ© de chacun des atomes peut venir remplir la place libre de l'autre atome. Il se forme ainsi une liaison entre eux appelĂ©e liaison de covalence simple. Une telle liaison est assez forte pour que l'Ă©difice constituĂ© soit très stable (ce qui signifie que la briser requiert de l'Ă©nergie, alors que la crĂ©er en libère).

Deux atomes d'hydrogène H peuvent ainsi s'unir par liaison de covalence (liaison convalente) pour former une molécule d'hydrogène H2. On peut aussi donner l'exemple de la molécule d'eau H2O. Ici, l'oxygène, qui est l'atome auquel est lié chacun des deux atomes d'hydrogène, possède six électrons périphériques, soit deux électrons non-appariés (singlets) qui peuvent donc être mis en commun avec l'électron unique de chacun des atomes d'hydrogène.

Dans la molĂ©cule d'ammoniac (NH3), trois atomes d'hydrogène sont liĂ©s Ă  un atome d'azote (N), qui possède un doublet et trois singlets dans sa couche de valence. 

L'hydrogène forme selon le même principe des liaisons avec quantité d'autres atomes, qu'ils soient libres ou déjà liés à d'autres atomes.

Liaison ionique. Acides et bases.
L'atome d'hydrogène peut aussi très facilement perdre son unique électron pour former un ion hydrogène positif : H+. Dans cet état, il peut se trouver attiré par un autre atome ou une molécule porteurs d'une charge électrique négative pour former un composé ionique

En solution aqueuse, des composĂ©s tels que HCI (chlorure d'hydrogène), HBr (bromure d'hydrogène) et HI (iodure d'hydrogène) se dissocient complètement en ions, de sorte qu'il se produit une libĂ©ration de H+. Mais cet ion, qui n'est qu'un proton, ne peut rester sans attache : il se fixe aussitĂ´t  Ă  une molĂ©cule d'eau pour former un ion hydronium, H3O+.

D'autres substances peuvent aussi ĂŞtre prĂ©sentes dans la solution aqueuse. Comme la solution reste Ă©lectriquement neutre, l'apparition d'ions H3O+ (ou d'autres ions encore, plus Ă  mĂŞme que l'eau de se lier Ă  l'ion H+) implique la prĂ©sence d'ions nĂ©gatifs dans la substance. Il apparaissent dĂ©jĂ  lors de la formation de H+. Dans ce cas les ions H+  peuvent former, par liaison ionique, d'autres composĂ©s. Ce qui amène Ă  dĂ©finir deux catĂ©gories de corps en fonctions de leur comportement vis-Ă -vis de l'ion H+ : ce sont les acides et les bases

Un corps est un acide lorsqu'il peut céder un ion hydrogène H+ (proton) lors d'une réaction chimique. Par exemple, l'acide chlorhydrique (un acide fort) obtenu par dissolution dans l'eau de chlorure d'hydrogène : HCl + H2 H3O+ + Cl¯ .

Un corps est une base lorsqu'il peut capter ce mĂŞme ion H+. Par exemple : le gaz ammoniac (NH3) lorsqu'il est dissous dans l'eau produit une solution faiblement basique : NH3 + H2 NH4+ + OHÂŻ.

La concentration en ions H+ (ou, en pratique, d'ions hydronium) est utilisée pour mesurer l'acidité d'une solution. Cette concentration est appelée potentiel hydrogène (pH). Un pH inférieur à 7 définit une solution acide; un pH supérieur à 7 définit une solution basique. L'eau pure (neutre ou, si l'on veut, à la fois acide et base) a un pH égal à 7.

Les molécules d'eau peuvent facilement se séparer ou se dissocier en ions H+ et OH¯ (anion hydroxyde), et ces ions peuvent s'accrocher à d'autres ions par attraction électrostatique. Cela explique que l'eau soit un excellent solvant, capable de dissoudre à des degrés divers la plupart des substances.

Les acides rĂ©agissent Ă©nergiquement avec la plupart des mĂ©taux. Les atomes de mĂ©taux ne formant que des ions positifs, l'hydrogène forme des anions HÂŻ, ou ions hydrure. 

Le terme d'hydrure s'Ă©tend Ă©galement Ă  tous les composĂ©s de l'hydrogène, et dans lesquels cet Ă©lĂ©ment est le plus (ou aussi) Ă©lectronĂ©gatif. Il existe des hydrures mĂ©talliques, des hydrures molĂ©culaires, etc. 

Citons parmi les hydrures de mĂ©taux, l'hydrure de lithium (LiH) et l'hydrure de sodium (NaH), parmi les hydrures molĂ©culaires, l'ammoniac (NH3). (Avec les mĂ©talloĂŻdes et les non-mĂ©taux, les hydrures peuvent impliquer une liaison covalente ou la formation du cation H+). 

Ajoutons que l'ion hydrure peut Ă©galement se lier Ă  l'ion hydronium pour former une molĂ©cule de dihydrogène :  HÂŻ + H+ H2.

La liaison hydrogène.
L'atome d'hydrogène d'une molécule peut se lier par une liaison particulière, appelée liaison hydrogène, à un atome plus électronégatif que lui (oxygène, azote, etc.) appartenant à une autre molécule. Ce pont ainsi établi entre deux molécules est plus fragile que la liaison covalente, mais joue un rôle important en chimie.

La liaison hydrogène, par exemple, est responsable de nombreuses propriétés associées à l'eau. Deux molécules d'eau sont associées l'une à l'autre par l'atraction d'un atome d'hydrogène de l'une vers l'atome d'oxygène de l'autre autre. Ce mécanisme explique que l'eau dans les conditions ambiantes soit à l'état liquide. Sans liaison hydrogène pour maintenir les molécules ensemble plus fortement, l'eau n'existerait qu'à l'état gazeux; sans liaison hydrogène, l'eau bouillirait et gèlerait à des températures beaucoup plus basses. L'augmentation du volume de la glace d'eau par rapport à l'eau liquide est aussi due à la liaison hydrogène.

La liaison hydrogène assure par ailleurs la stabilité et le maintien de la structure des grosses molécules organiques. Ainsi, la double hélice de l'ADN (acide désoxyribonucléique) repose-t-elle sur des liaisons hydrogène, qui sont suffisamment fortes pour maintenir ensemble le deux brins de la double hélice, mais suffisamment fragiles pour que le les brins puissent se séparer lors de la réplication de l'ADN au cours du processus de reproduction cellulaire.

Production de l'hydrogène.
L'hydrogène se dĂ©gage dans un grand nombre de rĂ©actions, dont quelques-unes peuvent ĂŞtre utilisĂ©es avec avantage pour sa prĂ©paration. En pratique, on recours Ă  l'action d'un acide sur un mĂ©tal, Ă  l'Ă©lectrolyse de l'eau ou au reformage Ă  haute tempĂ©rature du mĂ©thane. 

Action d'un acide sur un métal.
On a vu plus haut que l'action d'un acide (acide sulfurique ou chlorhydrique diluĂ©s, par exemple) sur un mĂ©tal (zinc ou fer, par exemple) produisait des ions hydrure et que ceux-ci, en se liant avec des ions hydronium produisaient de l'hydrogène molĂ©culaire. C'est la base d'un procĂ©dĂ© couramment utilisĂ© en laboratoire pour produire de l'hydrogène. Le bilan final de la rĂ©action de l'acide chlorhydrique avec le zinc peut ainsi s'Ă©crire :  Zn + 2HCl  ZnCl2 + H2

En pratique, on introduit du zinc grenaillĂ© ou en lames dĂ©coupĂ©es dans un flacon Ă  deux tubulures; l'une d'elles est munie d'un tube de dĂ©gagement et l'autre d'un tube droit plongeant jusqu'au fond et portant un entonnoir Ă  son orifice supĂ©rieur. L'acide sulfurique Ă©tendu de cinq Ă  six fois son volume d'eau ou l'acide chlorhydrique additionnĂ© de son volume d'eau sont versĂ©s sur le zinc et maintenus Ă  une concentration constante par l'addition de petites quantitĂ©s d'acide faite au moyen du tube Ă  entonnoir. Le mĂ©tal se substitue Ă  l'hydrogène pour former du chlorure de zinc. On construit des appareils continus qui permettent d'obtenir l'hydrogène Ă  volontĂ©, sans qu'il soit nĂ©cessaire de les installer chaque fois. L'hydrogène prĂ©parĂ© avec le zinc et le fer impurs est toujours douĂ© d'une odeur dĂ©sagrĂ©able qu'il doit Ă  la prĂ©sence de divers composĂ©s hydrogĂ©nĂ©s, les hydrogènes arsĂ©niurĂ©, phosphorĂ©, sulfurĂ©, et les hydrogènes carbonĂ© et siliciĂ© dans le cas du fer. Pour obtenir le gaz pur on ne peut recourir au zinc pur qui n'est pas attaquĂ© par l'acide; il est nĂ©cessaire de faire passer le gaz impur dans une longue colonne de cuivre chauffĂ©e au rouge sombre qui retient toutes les impuretĂ©s, ou plus simplement de faire barboter le gaz dans une dissolution alcaline de permanganate de potassium qui dĂ©truit les hydrures en les oxydant. 
L'inconvénient de ce type de procédé est de produire aussi des impuretés difficiles à éliminer.

Production d'hydrogène par divers procédés de décomposition de l'eau.
Les mĂ©taux alcalins et les mĂ©taux alcalino-terreux dĂ©composent l'eau aux tempĂ©ratures ordinaires; le magnĂ©sium commence Ă  rĂ©agir au-dessus de 70°C, et le zinc Ă  une chaleur rouge terne. 

La dĂ©composition de la vapeur par le fer rouge a Ă©tĂ© Ă©tudiĂ©e par H. Sainte-Claire Deville (1870) et par H. Debray (1879), qui ont trouvĂ© qu'Ă  environ 1500°C une condition d'Ă©quilibre est atteinte. 

H. Moissan (1902) a montré que l'hydrure de potassium décompose l'eau froide, avec dégagement d'hydrogène, KH + H2 KOH + H2.

L'hydrure de calcium ou hydrolite, préparé en faisant passer de l'hydrogène sur du calcium chauffé, décompose l'eau de la même manière, 1 gramme donnant 1 litre de gaz; il a été proposé comme source commerciale (1907), ainsi que des copeaux d'aluminium humidifiés avec du cyanure de potassium et du chlorure de mercure, qui décompose régulièrement l'eau à 70°C (Mauricheau-Beaupré, 1908). L'hydrure de strontium se comporte de manière similaire.

Electrolyse de l'eau.
La dĂ©composition de l'eau par Ă©lectrolyse peut aussi ĂŞtre utilisĂ©e pour produire de l'hydrogène. Dans une cellule Ă©lectrolytique (contenant une solution acide ou alcaline Ă©tendue), deux bornes - une anode et une cathode, faites ordinairement d'un mĂ©tal inerte comme le platine - sont connectĂ©es Ă  une alimentation Ă©lectrique. Lorsqu'un courant Ă©lectrique est envoyĂ© Ă  travers la cellule, des bulles d'hydrogène gazeux se forment Ă  la cathode et des bulles d'oxygène gazeux se forment Ă  l'anode. 

La demi-rĂ©action Ă©lectronique qui s'observe Ă  l'anode est une oxydation (perte d'Ă©lectrons) : 2H2 O2 + 4H+ + 4eÂŻ ; celle observĂ©e Ă  la cathode est une rĂ©duction (acceptation d'Ă©lectrons) : 2H+ +2eÂŻ H2. L'Ă©quation chimique nette est alors celle d'une oxydo-rĂ©duction :  2H2 2H2  + O2.

L'emploi des solutions alcalines permet de remplacer les Ă©lectrodes en platine par des Ă©lectrodes en fer et d'obtenir un gaz plus pur. 

La production industrielle de l'hydrogène.
L'industrie peut recourir à l'électrolyse de l'eau (celle-ci était autrefois massivement utilisée pour le gonflement des ballons dirigeables et est toujours utile pour des applications nécessitant un hydrogène très pur). Mais c'est le gaz naturel qui est aujourd'hui la principale sa source d'hydrogène. Plusieurs procédés existent.

Dans le processus appelĂ© reformage du mĂ©thane Ă  la vapeur d'eau (vaporeformage), la vapeur surchauffĂ©e sĂ©pare, en prĂ©sence d'un catalyseur, l'hydrogène des hydrocarbures tels que le mĂ©thane (CH4). Cette technologie produit aussi du CO2 (gaz Ă  effet de serre, qui peut ĂŞtre captĂ© et stockĂ© pour Ă©viter son rejet dans l'atmosphère) : 

CH4 + H2 CO + 3 H2
puis (conversion du CO en CO2 en prĂ©sence d'eau)  : 
CO + H2 CO2 + H2
On peut aussi, pour mémoire, signaler encore le reformage de l'heptane (C7H16), qui revient à la réaction nette suivante : C7H16 + 7H2 7CO + 15 H2

Une autre piste, qui attire aujourd'hui l'attention, est celle de la pyrolyse  du mĂ©thane Ă  haute tempĂ©rature (2000 °C) dans un plasma Ă©lectrique, qui produit de l'hydrogène et de noir de carbone (solide) : CH4 2H2 + C. Le principal avantage de cette mĂ©thode rĂ©side dans sa très faible empreinte carbone. De plus, les deux produits son valorisables par l'industrie.

Les utilisations de l'hydrogène.
L'hydrogène, autrefois utilisĂ© pour gonfler les ballons dirigeables s'est avĂ©rĂ© beaucoup trop dangereux, mais il est encore utilisĂ© parfois, dans des situations particulières, pour gonfler des ballons-sondes. 

La chaleur dĂ©gagĂ©e dans la combinaison de l'hydrogène et de l'oxygène pour produire des tempĂ©ratures Ă©levĂ©es, peut aussi ĂŞtre utilisĂ©e pour fondre le platine, rĂ©aliser la soudure autogène des feuilles de plomb, de platine (utilisation du chalumeau de Sainte-Claire-Deville et Debray). 

L'hydrogène est également utilisé dans l'industrie spatiale comme combustible des fusées. Restent d'autres utilisations plus courantes de l'hydrogène :

Hydrogénisation des huiles végétales.
Depuis le début du XXe siècle, l'hydrogène est utilisé pour produire des graisses destinées à l'industrie alimentaire, en hydrogénant des huiles végétales liquides bon marché. Les acides gras trans (Les lipides) qui en résultent, à l'exemple de la margarine, sont des solides à température ambiante et ont une durée de conservation plus longue que les huiles liquides. Cependant, les dangers pour la santé que représentent les graisses hydrogénées semblent diriger aujourd'hui l'industrie alimentaire vers un abandon progressif de leur production.

Utilisation dans l'industrie du pétrole.
Plus d'un quart de l'hydrogène produit industriellement est utilisée dans le traitement du pétrole brut. Il aide à briser les grosses molécules d'hydrocarbures afin de produire des molécules plus petites que l'on rencontre ensuite dans les carburants commerciaux. On utilise aussi l'hydrogène pour débarrasser les molécules d'hydrocarbures des atomes de soufre indésirables qu'elles contiennent.

Fabrication des engrais.
La plus grande partie de l'hydrogène est accaparĂ©e par la fabrication de l'ammoniac (NH3). Les neuf dixièmes de l'ammoniac Ă©tant ensuite utilisĂ©s dans la fabrication d'engrais. 

L'hydrogène dans la transition énergétique

Les promesses de la filière hydrogène.
A l'échelle mondiale, les combustibles fossiles sont à l'origine d'environ 80% de la production d'énergie. Cette combustion implique une réaction entre les atomes d'oxygène de l'air et les atomes de carbone des hydrocarbures, ce qui génère du dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre qui s'accumule dans l'atmosphère, contribuant ainsi de manière critique au réchauffement de notre planète. Il est donc impératif de recourir à des sources d'énergie qui ne soient pas aussi nocives pour l'environnement. À cet égard, l'hydrogène pourrait offrir une solution d'avenir.

On l'a vu, l'hydrogène se combine à l'oxygène de l'air pour produire de la vapeur d'eau avec avec une importante libération d'énergie. Une énergie qui peut répondre aux besoins de l'industrie et des transports. Il existe déjà plusieurs manières d'utiliser cette énergie. L'une d'entre elles consiste à brûler directement de l'hydrogène avec de l'oxygène en récupérant la chaleur produite. Ce principe est utilisé pour les moteurs à réaction (fusées, propulseurs de véhicules spatiaux), ainsi que pour les moteurs thermiques des véhicules roulants. Une autre option consiste à utiliser l'hydrogène dans des piles à combustible. Dans ces dispositifs (piles à hydrogène), l'hydrogène intervient dans un processus inverse de celui de l'électrolyse, associé à l'oxygène de l'air, pour produire directement de l'électricité alimentant ensuite un moteur électrique.

L'hydrogène libre n'est pas disponible sur Terre en quantitĂ© suffisante, et est de toute façon difficile Ă  exploiter (les sources naturelles d’hydrogène, Ă©ventuellement envisageables, sont au fond des mers). Il faut d'abord le produire (par electrolyse de l'eau ou autre). Il est nĂ©cessaire de recourir pour celĂ  Ă  une source d'Ă©nergie dĂ©jĂ  disponible (fossile, Ă©olienne, solaire, hydraulique, nuclĂ©aire...). Si bien que si l'hydrogène, contrairement Ă  l'essence, par exemple,  peut reprĂ©senter un vecteur d'Ă©nergie propre (entendons que sa consommation n'est pas Ă©mettrice de CO2), il n'en va pas nĂ©cessairement de mĂŞme pour les Ă©nergies auxquelles on recourt pour sa production.

Selon l'origine de l'énergie utilisée pour fabriquer de l'hydrogène, on lui attribue un qualificatif différent. Pour reprendre la terminologie introduite par l'Ademe (= Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie), on a ainsi :

• L'hydrogène renouvelable, produit  Ă  partir de l'Ă©lectrolyse de l’eau et en ne recourrant qu'Ă  de l'Ă©lectricitĂ© provenant d'une source renouvelable (Ă©olienne, solaire, hydraulique).

• L'hydrogène fossile, issu du reformage d'hydrocarbures (sans captation du CO2). 

• L'hydrogène bas-carbone, produit par ce même procédé thermochique, mais accompagné de la captation du CO2 , produit par pyrolyse plasma du méthane, ou encore fabriqué (par électrolyse) à partir de l'électricité produite dans des centrales nucléaires.

Qu'elle qu'en soit l'origine, l'hydrogène doit ĂŞtre ensuite stockĂ© et transportĂ©. La possibilitĂ© de stockage Ă  grande Ă©chelle est cruciale quand la source d'Ă©nergie dont il est issu est intermittente (Ă©olienne, solaire). Il est possible de stocker l'hydrogène directement, mais des modes de stockage plus efficaces peut aussi ĂŞtre envisagĂ©s :  l'hydrogène peut ĂŞtre combinĂ© avec du CO ou du CO2 pour fabriquer du mĂ©thane. Ce mĂ©thane de synthèse serait, lui, plus facile Ă  stocker, et ensuite permettrait de rĂ©cupĂ©rer l'hydrogène qu'il contient par pyrolyse plasma. Il pourra ensuite ĂŞtre transportĂ© sous forme comprimĂ©e ou liquĂ©fiĂ©e via un rĂ©seau de gazoducs et de pipelines. 

Les diverses technologies mises en oeuvre pour la production, le stockage, le transport et l'utilisation finale de l'hyrogène dĂ©finissent ce qu'il est convenu d'appeler la filière hydrogène. Pour l'instant, par delĂ  les choix politiques dont dĂ©pend le dĂ©veloppement de cette filière, des progrès techniques sont nĂ©cessaires Ă  chaque Ă©tape, pour la rendre sĂ»re et Ă©conomiquement rentable. 

Le graal de la fusion de l'hydrogène.
La fusion nuclĂ©aire de l'hydrogène - celle-lĂ  mĂŞme qui se produit dans le coeur du Soleil est des autres Ă©toiles et qui est dĂ©jĂ  la source primaire de toutes les Ă©nergies disponibles sur Terre -  pourrait, si elle Ă©tait maĂ®trisĂ©e, fournir un approvisionnement Ă©nergĂ©tique pratiquement illimitĂ© Ă  l'avenir. L'idĂ©e Ă©tant ici de provoquer, par des moyens industriels, la fusion de noyaux d'hydrogène (deutĂ©rium et tritium) et d'en utiliser l'Ă©nergie ainsi produite.

Une réaction chimique implique typiquement des énergies de l'ordre de 103 kJ/mol. Une réaction de fusion implique des énergies plusieurs millions de fois supérieures. La première bombe reposant sur ce constat (bombe H ou bombe thermonucléaire) a explosé en 1952. L'enjeu aujourd'hui est la maîtrise de la fusion contrôlée (et non explosive, donc).

La bombe H. - La bombe thermonucléaire repose sur la fusion de noyaux d'hydrogène et génère un dégagement d'énergie bien supérieur à celui de la bombe atomique reposant sur la fission ou éclatement d'atomes lourds (uranium-238, par exemple). La réaction de base la plus simple correspond à la fusion de deux noyaux de deutérium (1p, 1n) pour former un noyau d'hélium-3 (2p,1n), ce qui libère de l'énergie et un neutron (n) qui est le moteur d'une réaction en chaîne. L'énergie requise pour le rapprochement des noyaux de deutérium est procurée par l'explosion une bombe à fission, dont le rôle est donc celui d'un détonateur.
La fusion nucléaire contrôlée de l'hydrogène.
Le contrĂ´le de la fusion passe par la conceptions de dispositifs dans lesquels toute rĂ©action en chaĂ®ne est impossibles. Diverses pistes sont explorĂ©es, telles que celle - peut-ĂŞtre la plus prometteuse - des tokamaks, qui repose sur des technologies Ă  confinement Ă©lectromagnĂ©tique. 

Dans toutes les expĂ©riences menĂ©es jusqu'Ă  prĂ©sent, la quantitĂ© d'Ă©nergie utilisĂ©e pour dĂ©marrer la rĂ©action dĂ©passe la quantitĂ© produite. Mais il existe d'ores et dĂ©jĂ , Ă  travers le monde, une dizaine de projets Ă  grande Ă©chelle de dĂ©veloppement d'une centrale expĂ©rimentale de production d'Ă©lectricitĂ©  par fusion contrĂ´lĂ©e. L'un de ces projets, nommĂ© ITER (= International thermonuclear experimental reactor), et auquel participent 35 pays dont les 27 de l'Union EuropĂ©enne, est implantĂ© en France, Ă  Saint-Paul-lez-Durance (Bouches-du-RhĂ´ne). 

La plupart des rĂ©acteurs Ă  fusion envisagĂ©s aujourd'hui, visent Ă  faire fusionner, Ă  des tempĂ©ratures extrĂŞmement Ă©levĂ©es, les noyaux de deutĂ©rium et les noyaux de tritium pour produire des noyaux d'hĂ©lium-4; un neutron est libĂ©rĂ© Ă  la suite de chaque noyau d'hĂ©lium crĂ©Ă©. L'Ă©norme quantitĂ© d'Ă©nergie produite par cette rĂ©action, est ensuite utilisĂ©e, comme dans les centrales thermiques ou dans les centrales nuclĂ©aires Ă  fission, pour produire de l'Ă©lectricitĂ©. 

Les premières centrales Ă  fusion contrĂ´lĂ©e opĂ©rationnelles (techniquement maĂ®trisĂ©es et Ă©conomiquement viables), susceptible de rĂ©duire enfin notre dĂ©pendance aux combustibles fossiles et Ă  l'Ă©nergie nuclĂ©aire conventionnelle (de fission), ne sont cependant pas Ă  espĂ©rer, au mieux, avant la fin du XXIe siècle. 



En librairie. - Claude BĂ©guin, Une chronique de l'hydrogène: Histoire des mĂ©thodes de production et des applications, PU Polytechnique, 2016. - Pierre-Étienne Franc et  Pascal Mateo, Hydrogène : la transition Ă©nergĂ©tique en marche! Alternatives, 2015. -  Thierry Alleau et Thomas Haessig, L'Hydrogène : Ă©nergie du futur?, EDP Sciences, 2007.

John S. Ridgen, Hydrogen: The Essential Element, Harvard University Press, 2002. - G. K. Surya Prakash, Oleksandr V. Ostashko, Marshall Baker, Hydrogen Storage Technologies, New Materials, Transport, and Infrastructure, Academic Press, 2018. - Agata Godula-Jopek, Hydrogen Science and Engineering : Materials, Processes, Systems and Technology, Elsevier, 2016. - Philip J. A. Sallis, Hydrogen Production, Separation, and Purification for Energy, Elsevier, 2014. - John O'M. Bockris,  A. K. N. Reddy, Modern Electrochemistry: Volume 2A: Fundamentals of Electrodics, Springer, 2000.

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