Découverte de l’Hydrogène: de «l’Air de Souffle» au Moteur

La découverte de l’hydrogène remonte au 16ème siècle, à l’apogée de la Renaissance, des Grandes Découvertes, en plein renouveau intellectuel.  Néanmoins, son utilisation à des fins de production énergétique à grande échelle est quelque chose de très récent.  Mais alors, d’où vient l’hydrogène ? Pourrait-il devenir l’énergie du futur ? Remontons le fil de sa découverte et des innovations qu’il a permis. De l’alchimiste Paracelse au 16ème siècle à l’inventeur Etienne Lenoir au 19ème siècle, trois siècles de découvertes menant de « l’air de souffle » au moteur à hydrogène en passant par la montgolfière.

Découverte de l’hydrogène entre le 16ème et le 17ème siècle

De « l’air de souffle » à l’hydrogène

La découverte de l’hydrogène date du 16ème siècle. En ce siècle, il est plutôt entrevu que découvert. L’alchimiste Paracelse observe alors ce qu’il appelle de « l’air de souffle » suite à une réaction entre des copeaux de fer ou de zinc, et de l’acide sulfurique. Ce n’est qu’un siècle plus tard que Robert Boyle arrive à conserver cet air, ce gaz. Néanmoins, le scientifique ne sera pas en mesure de réellement le distinguer de l’air ordinaire.

C’est ensuite, Nicolas Lémery qui sera le premier à observer son inflammabilité. Puis en 1766, Henry Cavendish découvre finalement la nature de l’hydrogène qu’il baptisa « gaz inflammable ». Mais ce n’est finalement qu’en 1783 que le français Lavoisier nommera enfin ce gaz « Hydrogène » (H), littéralement « formeur d’eau » en grec, car lorsque deux atomes d’hydrogène se mélange avec un atome d’oxygène (O), cela forme une molécule d’eau (H2O).

Ainsi, si les scientifiques ont compris que l’hydrogène pouvait servir à fabriquer de l’eau, ils n’avaient en revanche pas idée de son colossal potentiel énergétique colossal.

De l’hydrogène à l’eau

Les expériences de Lavoisier sur la décomposition de l’eau ont été primordiales. Elles s’articulent autour de 3 points clefs :

• la distillation de la vapeur d’eau ;
• la réaction du carbone avec de la vapeur d’eau : produisant du CO2 ou du CO ainsi que du H2 ;
• la réaction entre des copeaux de fer et de l’eau : cela produit de l’oxyde de fer (FE2O3) et du H2

À la même époque, les scientifiques ont donc vite compris que l’hydrogène pourrait également servir à recomposer de l’eau. Cependant à l’époque, ils n’envisageaient pas encore de mettre de l’hydrogène en combustion à des fins énergétiques.

Ces expériences ont montré que de manière générale, lorsque l’hydrogène se consume avec l’oxygène, il forme de l’eau. Habituellement, les autres gaz en combustion produisent de nombreux déchets, mais ici, le fait que cela produise de l’eau montre l’immense potentiel de l’hydrogène pour l’industrie moderne.

En revanche, s’il est sans déchet, les recherches ont montré que le mélange d’hydrogène et d’oxygène est un mélange explosif. 

L’électrolyse de l’eau

Les scientifiques n’en sont pas restés à la décomposition de l’eau. En effet, durant le 19ème siècle, les premières électrolyses ont eu lieu.

Ces premières expériences des chimistes britanniques William Nicholson et Sir Anthony Carlisle ont eu lieu le 2 mai 1800, quelques jours seulement après l’invention de la pile électrique d’Alessandro Volta. Toutes ces découvertes ont enfin donné lieu à l’électrochimie.

William Duckett dans la revue qu’il dirige Dictionnaire de la conversation et de la lecture,  explique que : 

« Cette faculté que possède le courant électrique d’opérer des décompositions chimiques apparut pour la première fois à Carlisle et à Nicholson un jour que ces deux savants laissèrent par mégarde tomber dans l’eau les conducteurs d’une pile en activité. Comme ces conducteurs étaient formés de cuivre, métal oxydable, l’hydrogène seul se dégagea d’abord au pôle négatif, tandis que l’autre fil s’oxydait d’une manière manifeste. Mais ayant bientôt substitué l’or au cuivre, les deux physiciens eurent la joie de voir pour la première fois l’eau se résoudre comme par enchantement en deux gaz, hydrogène et oxygène, qui se dégageaient isolément et en proportions définies autour.des deux pôles. Cette magnifique découverte a donné naissance à l’électrochimie. »

Des découvertes qui ont donné naissance à de nombreuses innovations

La montgolfière

La découverte de l’hydrogène comme gaz de propulsion a permis de nombreuses innovations entre le 19ème et le 20ème siècle. 

La grande légèreté de l’hydrogène lui permet de traverser de petites ouvertures ou des membranes très facilement, et ce, plus que n’importe quel autre gaz. On parle alors de phénomène d’endosmose.

La densité de l’hydrogène pur est 14,5 fois moindre que celle de l’air. Quelques années après les expériences des frères Montgolfier, Jacques Charles fera voler un ballon grâce à l’hydrogène.

Cet exemple montre le potentiel de l’hydrogène et souligne l’un des problèmes actuels concernant ce gaz : il n’est pas aussi disponible qu’on le voudrait.

Le gaz d’éclairage

Au début du 19ème siècle, l’hydrogène est utilisé dans le gaz de houille afin d’être utilisé comme gaz d’éclairage. Il s’agit de l’un des premiers exemples de l’utilisation de l’hydrogène comme source d’énergie. Ce gaz de houille est fabriqué dans des usines à gaz et participe à l’éclairage des grandes villes européennes.

La pyrolyse de bois (ou de la houille) dans des cornues placées en batterie permettait d’obtenir un gaz riche en hydrogène : le gaz de bois composé d’hydrogène, de monoxyde de carbone, et de dioxyde de carbone. Alors que le gaz de houille lui était composé de d’hydrogène, de méthane et de monoxyde de carbone.

Peu importe que le gaz d’éclairage utilisé, l’hydrogène était toujours le plus abondant.

Le moteur à hydrogène

Ces gaz manufacturés se sont ensuite étendus au secteur du chauffage domestique, puis seront utilisés dans des turbines et des moteurs.

Etienne Lenoir va ensuite en 1859 concevoir le premier moteur à combustion interne fonctionnant au gaz manufacturé. Il dépose un brevet de « moteur à gaz et air dilaté ». Il fournira de grands équipementiers comme Mercedes-Benz ou BMW.

Ainsi, il est facile de voir que les recherches sur l’hydrogène ont démarré très tôt dans l’histoire des sciences modernes. Ces découvertes ont été primordiales et nous permettront, à l’heure de la transition énergétique, de faire très certainement de l’hydrogène un acteur majeur de l’évolution technologique en cours.