Intégration des paramètres spatio-temporels et des risques d ...

tel-00783708, version 1 - 1 Feb 2013
Intégration des paramètres spatio-temporels et des risques d'accident à l'Analyse du Cycle de Vie
en place d’un réseau de distribution efficace, une sécurité et une facilité d’approvisionnement
et une autonomie similaire à celle apportée par les carburants conventionnels. Le stockage
embarqué de l’hydrogène est soumis, en outre, aux contraintes technico-économiques de
l’industrie automobile telles que la place disponible dans le véhicule, la masse accordée et le
coût souhaitable. Ces contraintes sont explicitées et chiffrées (cf. tableau 1.2) par le
Department Of Energy (DOE) américain.
Tableau 1.2 : Les critères de qualification recommandés par le US DOE [MAZABRAUD, 2004]
2007 2010 2015
kWh.kg -1 Capacité gravimétrique
kgH2.kg
1,5 2 3
-1 kWh.L
0,045 0,06 0,09
-1 Capacité volumétrique
kgH2.L
1,2 1,5 2,7
-1 $.kWh
0,036 0,045 0,081
-1 Coût
$.kgH2
6 4 2
-1 200 133 67
Temps de remplissage Minute 10 3 2,5
Au regard de ces exigences et de ces contraintes, différents modes de stockage ont
émergés et différentes technologies peuvent être envisagées : la liquéfaction, la compression
et l’adsorption physique. Actuellement, aucune de ces pistes ne semble idéale.
1.2.4.1 L’hydrogène liquéfié
La liquéfaction de l’hydrogène permet de passer d’une phase gazeuse à une phase
liquide à une température de 20 K soit -253°C [BOUCHER, 2006]. Un des avantages de ce
mode de stockage est que l’hydrogène liquide est 800 fois plus dense que le gaz et permet
donc de stocker une plus grande quantité pour un même volume. Cette très faible température
de liquéfaction nécessite une technologie performante et une consommation d’énergie non
négligeable. L’énergie nécessaire pour liquéfier est égale à 30% du PCI (Pouvoir Calorifique
Inférieur) de l’hydrogène. L’hydrogène liquide est alors dit cryogénique et est conservé dans
un cryostat (récipient à double isolation thermique) pour tenter de limiter les échanges de
chaleur. Toutefois ce genre de récipient n’est pas totalement étanche pour permettre un
dégagement gazeux nécessaire afin d’éviter toute surpression. Les pertes sont estimées en
moyenne à 1% de la masse par jour pour compenser les pertes thermiques, il s’agit du
phénomène de « boil off ». Ce procédé de stockage semble plus qu’intéressant pour une
application mobile puisque le rapport volume stocké sur volume du réservoir tend à diminuer.
Les densités énergétiques rapportées au réservoir sont de l’ordre de 22 MJ.kg -1 . Cependant le
37