Grand Oral Physique-Chimie - Electrolyse de l’eau

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pour le rendre plus écologique. Nous nous demanderons donc si l'électrolyse de l'eau et le dihydrogène sont une avancée pour la transition énergétique. Pour répondre à cette question nous étudierons dans un premier temps le fonctionnement de l'électrolyse de l'eau. Puis nous nous demanderons si cette transformation est sans carbone. Et pour finir, nous verrons son possible rôle dans la transition énergétique. (Partie 1) Penchons-nous dans un premier temps sur l'électrolyse de l'eau. Tout d'abord qu'est-ce que c'est ? L'électrolyse de l'eau consiste à faire traverser un courant électrique dans l'eau pour forcer la réaction chimique non spontanée et donc faire évoluer le système dans le sens inverse de son sens d'évolution spontané habituel. L'électrolyse de l'eau sépare donc les molécules d'eau (H2O) en oxygène (O) sous forme de gaz du côté de l'anode (borne électrique positive) et en dihydrogène (H2) sous forme de gaz également du côté de la cathode (borne électrique négative). C'est donc une équation d'oxydoréduction de la forme 2H₂O → 2H2 + O₂ qui est forcée par l'électricité. Infos : Cathode: Négative -> Réduction (gain d'électrons : 2H₂O (1) + 2e → H₂(g) + 2OH(aq)) | Anode : Positive -> Oxydation (perte d'électrons : 2H2₂O (1)→ O₂(g) + 4H *(aq) + 4e) VOIR SCHEMA 1 + EQUATION (Partie 2) Maintenant, on peut s'interroger sur le fait que cette transformation soit sans carbone donc propre pour l'environnement. A première vue, on pourrait se dire que cette équation ne met pas en jeu des molécules polluantes accentuant l'effet de serre (montrer les différentes molécules ?) mais il faut s'interroger sur la provenance de l'électricité utilisée dans ce processus. En effet, elle peut provenir de plusieurs types d'énergies plus ou moins propres comme l'énergie provenant du charbon, du pétrole, ... qui sont des énergies fossiles et donc polluantes ou alors l'énergie éolienne, solaire, ... qui sont des énergies renouvelables et propres pour l'environnement. Il faudrait donc que le courant électrique provienne uniquement de sources d'énergies renouvelables pour qu'on puisse considérer l'électrolyse de l'eau comme une production écologique. Aujourd'hui, l'hydrogène produit est encore loin d'être propre, on trouve l'hydrogène vert dit écologique en quantité très limitée à hauteur de 4% de la production totale. La production d'hydrogène est donc réalisée principalement à partir d'énergies fossiles et elle serait responsable de 3% des émissions de gaz à effet de serre mondiales, d'après l'Agence internationale de l'Energie (AIE). Infos : hydrogène gris, produit par vaporeformage du méthane (50% production), hydrogène noir : produit par gazéification du charbon (20% production), hydrogène bleu : produit par conversion de combustibles fossiles avec capture et séquestration du dioxyde de carbone (on peut y inclure l'hydrogène jaune), hydrogène jaune : produit par électrolyse de l'eau à partir d'électricité d'origine nucléaire, hydrogène vert: produit sans émission de GES, par un procédé d'électrolyse de l'eau, hydrogène blanc : hydrogène à l'état naturel (Partie 3) Pour finir, nous allons voir le possible rôle du dihydrogène et donc de l'électrolyse de l'eau dans la transition énergétique. Il existe plusieurs moyens pour exploiter le dihydrogène, de façon directe ou indirecte. Tout d'abord, il peut être combiné avec du CO₂ capté en aval d'un processus industriel (cimenterie par exemple) pour produire du méthane mais ce n'est pas vraiment bon pour l'environnement. Ensuite, il peut aussi être utilisé dans des piles à combustible qui sont l'un des moyens qui intéresse le plus les scientifiques car le dihydrogène et le dioxygène réagissent ensemble pour ne former que de l'eau ce qui ne crée pas de gaz à effet de serre. Couplée à un système de recharge en dihydrogène et à une électrolyse de l'eau cela permettrait de recharger la pile et donc de devenir un moyen durable pour la planète. Enfin, le dihydrogène pourrait permettre de stocker l'électricité produite le jour par les panneaux photovoltaïques pour ensuite être retransformer en électricité puis injecté dans le réseau électrique. Cependant, le rendement de la transformation par électrolyse de l'eau ne serait que de 23% selon L'ADEME contre 70% pour la voiture électrique à "accumulateur classique" ce qui est trop faible pour que le processus soit intéressant. Infos : Rendement électrolyse de l'eau : n= Echimique/Eélectrique (compression du dihydrogène pour pouvoir le transformer, ...). ADEME: Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie. Les pompes à H₂ sont plus rapides que les recharges électriques. La construction de nouvelles infrastructures serait polluante. (Conclusion) Pour conclure, nous avons donc vu que le dihydrogène est propre pour l'environnement uniquement quand il est fabriqué avec des énergies renouvelables mais cela ne représente qu'une infime partie de la production totale de dihydrogène. Ensuite, on s'est penché sur les possibilités qu'il pouvait offrir dans la transition énergétique et nous avons vu que grâce à l'électrolyse, on pouvait stocker l'énergie électrique sous forme de gaz puis le réutiliser plus tard mais le rendement pour le moment trop faible de ces transformations ralenti le développement de cette technique. Le dihydrogène obtenu par électrolyse de l'eau a donc encore de longues années devant lui avant de se démocratiser dans le monde entier.