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Accueil > Science pour tous > 2019 - Année internationale du tableau périodique des éléments > Archives des éléments présentés

Hydrogène

Constituant essentiel de l’univers, l’hydrogène est, avec le carbone, l’élément donnant le plus grand nombre de composés chimiques. Premier élément du tableau périodique, il est l’élément le plus léger existant

Etymologie  : du grec « hydro » (eau) et « gène » (engendrer)

Origine : C’est l’élément le plus abondant de l’Univers (environ 75%). Il est formé entre 3 et 20 minutes après le début de l’Univers, selon la théorie du Big Bang.

Historique  : Paracelse (1493-1541) met en évidence un dégagement de gaz lors de la réaction du vitriol (acide sulfurique) sur du fer. En 1671, Robert Boyle réitère la réaction et isole le gaz en question. Henry Cavendish (1731-1810) généralise la réaction d’attaque acide sur des métaux et montre que le gaz produit s’enflamme dans l’air, lui donnant alors le nom « d’air inflammable ». En 1783, Lavoisier (1743-1794) montre que cette combustion produit de l’eau. Il nomme alors « l’air inflammable » hydrogène (qui produit de l’eau).

L’hydrogène dans la vie courante : Les piles à combustible

Pile à combustible. Crédit : Handige Harry, Wikipédia


Comme l’a montré Lavoisier, l’hydrogène possède un pouvoir énergétique élevé et sa combustion est non polluante puisqu’elle donne de l’eau. Les deux difficultés qui limitent pour l’instant l’utilisation des piles à combustible sont le coût de fabrication de l’hydrogène et son stockage. Pour ce dernier point, il a été envisagé l’utilisation d’hydrures métalliques pouvant adsorber réversiblement le dihydrogène (éponges à hydrogène) comme Ni-ZrO2 ou LaNi5H6,7. 1 cm3 de LaNi5 peut ainsi fixer à 25°C et sous 10 bars 1,4 l de H2 pour donner 1,3 cm3 d’hydrure. Pour stocker la même quantité de H2 sous forme gazeux, il faudrait utiliser une bouteille sous 150 bars.


L’hydrogène à UTINAM
 : Les étoiles

Image d’étalonnage Gaia. Crédit : ESA/DPAC/Airbus DS


Une étoile est une sphère de gaz composée à 75 % d’hydrogène et 25 % d’hélium. La densité extrême en son centre induit des températures de plusieurs millions de degrés Celsius (°C). Lorsque cette température est supérieure à 3.106 °C, l’hydrogène se transforme en hélium par fusion nucléaire : 4H->He. Or, quatre atomes d’hydrogène sont plus lourds qu’un atome d’hélium. La perte de masse est alors transformée en énergie selon la relation E=mc². La quantité d’énergie libérée est colossale et fait briller l’astre et entretient la réaction de fusion (réaction en chaîne). La fusion de 1 kg d’hydrogène libère autant d’énergie que la combustion de 25000 tonnes d’hydrogène. Au cours de sa vie, une étoile transformera environ 10 % de sa masse en hélium. Des chercheurs de l’institut UTINAM participent au projet GAIA, qui est un télescope de l’Agence Spatiale Européenne permettant d’observer plus d’un milliard d’étoiles et autres objets célestes. Les chercheurs d’UTINAM ont contribué à cette mission en réalisant des logiciels et des simulations pour préparer les outils de traitement et d’analyse de la sonde spatiale. Ils participent également à la validation des données et à un suivi au sol avec 300 nuits d’observations sur 5 ans.