Comment obtenir de l'hydrogène ?
Terre l'hydrogène n'existe pas à l'état pur. L'atome d'hydrogène est toujours combiné à d'autres éléments, principalement à des atomes de carbone, d'oxygène et d'azote.
Mais on peut fabriquer de l'hydrogène pur, ou plus exactement du dihydrogène, grâce à plusieurs méthodes.
Intéressons-nous à l'électrolyse de l'eau. Pour cela on a besoin d'énergie, dans notre cas de l'électricité et d'une source d'hydrogène : de l'eau.
L'électrolyse de l'eau ? Ça consiste en quoi ?
C'est une méthode pour casser la molécule d'eau.
Dans une molécule d'eau, H2O, on trouve deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. Lorsqu'on brise les liaisons chimiques de cette molécule, grâce à un courant électrique, on récupère deux atomes d'hydrogène pour former du dihydrogène.
Pour fabriquer ce dihydrogène, on utilise un appareil qu'on appelle un électrolyseur composé de plusieurs cellules.
Elles se composent d'une membrane, au centre, entourée de deux électrodes, il y a l'anode et la cathode. Elles-mêmes sont au contact de plaques bipolaires.
Le côté anode est relié au pôle "plus" d'un générateur de courant et le côté cathode est relié à la borne "moins".
On lance le courant électrique pour voir ce qu'il se passe ?
Les plaques bipolaires, en contact avec l'anode, sont alimentées en eau.
Les molécules d'eau sont soumises à un potentiel électrique qui va déstabiliser les liaisons chimiques entre les atomes d'hydrogène et d'oxygène de la molécule d'eau.
Résultat : les molécules d'eau se brisent et libèrent des atomes d'oxygène, des protons et des électrons.
En chimie, on appelle cette perte d'électrons : une oxydation.
Après, les atomes d'oxygène se combinent deux par deux pour former du dioxygène.
Et la membrane bloque le passage des électrons. On dit qu'elle joue le rôle d'électrolyte. Par contre, elle laisse passer les protons et les entraîne jusqu'à la cathode. Ces protons cherchent à récupérer un électron. Ils s'associent donc avec ceux amenés par le courant. Ce gain d'électrons s'appelle une réduction. Ils forment des atomes d'hydrogène qui, deux par deux, forment du dihydrogène.
En résumé, à la cathode, on produit du dihydrogène, de l'hydrogène si tu préfères, et à l'anode du dioxygène.
Pour te donner une idée, il faut un litre d'eau pour produire environ 100 grammes de dihydrogène.
Et ce dihydrogène on l'utilise comment après ?
On l'utilise dans une pile à combustible, c'est un générateur d'électricité qui convertit l'énergie chimique en énergie électrique.
Il en existe plusieurs sortes. La plus courante est la pile à combustible à membrane échangeuse de protons, ou PEMFC.
Comment elle marche ?
En fait c'est le principe inverse de l'électrolyse de l'eau. On retrouve les deux électrodes, l'anode et la cathode, séparées par une membrane. A l'anode, le dihydrogène est introduit sous forme de gaz. Grâce à une réaction électrochimique, la molécule de dihydrogène se brise et libère des électrons et des protons. C'est une perte d'électrons donc une oxydation.
Encore une fois la membrane bloque le passage des électrons. Ils empruntent donc un autre chemin pour rejoindre la cathode. Ce flux d'électrons crée du courant électrique.
Pendant ce temps, les protons, eux, traversent la membrane et arrivent à la cathode.
Les protons, les électrons et l'oxygène se retrouvent tous et se recombinent ensemble pour former une molécule d'eau, H2O.
Si on résume : on a réussi à fabriquer de l'hydrogène à partir de l'électrolyseur, et de l'électricité grâce à la pile à combustible.
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