L'hydrogène détruit-il les métaux?

Dans les années 1980, Michael Knight était l'un des seuls à rouler dans une voiture à hydrogène (et c'était à la télévision). Des décennies plus tard, ce bus à pile à combustible s'apprête à partir pour une démonstration comme si ce n'était pas grand-chose. Envie d'en savoir plus? Découvrez ces photos de véhicules à carburant alternatif! AP Photo / Bob Enfant

Bien avant que David Hasselhoff ne fasse onduler ses pectoraux sur les plages de "Baywatch", il a joué dans une émission de télévision intitulée "Knight Rider", un hit d'action mettant en vedette une supercar nommée KITT. La voiture flashy était si cool et si puissante (quel adolescent qui se respecte ne voulait pas s'asseoir derrière le volant?) Que notre héros aux cheveux bouclés a facilement chassé les méchants dans toute la ville à un incroyable 300 miles (483 kilomètres) par heure. Dang, la voiture parlait même comme un grand-père attentionné.

Qu'est-ce qui a donné à KITT son incroyable pouvoir? La voiture était équipée d'un moteur à hydrogène qui a permis à Michael Knight (Hasselhoff) de tourmenter les méchants de la télévision les plus ignobles du début des années 80..

Plus d'une décennie après que la série originale se soit écrasée et brûlée dans les audiences, les politiciens, les journalistes et d'autres ont commencé à vanter l'hydrogène comme l'énergie du futur, une alternative aux combustibles fossiles tels que le charbon. Ils ont dit que l'hydrogène était l'élixir magique qui alimenterait tous nos besoins en transport et en électricité. Après tout, l'hydrogène était abondant et brûlé propre, ce qui contribuerait théoriquement à réduire les émissions de gaz à effet de serre. En fait, en 2003, nul autre que le président américain George W. Bush, qui a fait fortune dans le secteur pétrolier, a annoncé qu'il affectait 1,2 milliard de dollars pour tenter de faire de l'hydrogène le carburant de choix des Américains [source: CNN].

Qui pourrait lui en vouloir? L'hydrogène est une merveilleuse source de carburant. Heck, il alimente le soleil. Non seulement cela, nous ne pouvons jamais manquer d'hydrogène. C'est dans notre air et dans notre eau. L'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'univers (mais pas sur Terre).

Mais avant d'investir dans un véhicule fonctionnant à l'hydrogène, pensez à ceci: la rouille ne dort jamais, pas plus que l'hydrogène. L'élément rend le métal cassant, réduit sa résistance et peut affaiblir une voiture comme un termite à travers le bois [source: Science Daily]. Ouais, pas bon.

L'hydrogène, dans sa première position sur le tableau périodique. Vous voulez voir une version plus grande? Cliquez ici pour voir une version plus grande et plus détaillée du tableau périodique. Il s'ouvrira dans une fenêtre séparée afin que vous puissiez basculer entre l'article et le tableau. ©

Remontons le temps jusqu'à l'an 1520. En Suisse, un alchimiste nommé Philippus Aureolus Paracelsus a mis un morceau de fer dans une solution d'acide sulfurique. L'acide commence à bouillonner dans «un air qui éclate comme le vent». Bien que Paracelse ne le sache pas à l'époque, ce vent qui fait des bulles s'est avéré être de l'hydrogène. L'élément n ° 1 a été officiellement nommé à la fin du XVIIIe siècle par Antoine-Laurent Lavoisier, un aristocrate français qui s'est intéressé à la science et a finalement perdu la tête pendant la Révolution française [sources: ASME, Chemical Heritage].

Les scientifiques et les inventeurs ont vite découvert que l'hydrogène de Lavoisier était l'élément le plus léger de l'univers. Bien que cela puisse s'avérer merveilleux pour remplir des ballons, ce n'était pas si génial en ce qui concerne les interactions entre l'hydrogène et le métal. En fait, les atomes d'hydrogène ont la capacité étrange de s'infiltrer à travers divers métaux, les rendant cassants, finissant par se fissurer, se rompre et les briser [source: Science Daily].

Bien que les scientifiques étudient les phénomènes depuis 1875, ils ne comprennent pas pleinement la physique du problème. Ce qu'ils savent, c'est que les atomes d'hydrogène se diffusent ou se propagent facilement à travers les métaux, en particulier à des températures élevées. Les atomes se recombinent pour former des molécules d'hydrogène. Ces molécules trouvent leur place dans les recoins microscopiques et les recoins du métal, créant une énorme pression. Cette pression réduit la résistance à la traction du métal. Fissure! Le métal se brise [source: Université McGill].

Les chercheurs ne peuvent pas prédire où la fragilisation par l'hydrogène se produira. Tout ce qu'ils savent, c'est que le minuscule atome d'hydrogène adore pénétrer et engloutir la plupart des alliages à haute résistance, y compris l'acier et ceux à base de nickel. Ils peuvent même le regarder se produire lors de simulations informatiques [source: Université McGill]. La gravité de la fragilisation varie avec le type d'alliage et avec la température [source: Gray].

La fragilisation par l'hydrogène est devenue le fléau de choses telles que les porte-avions, les cuirassés, les avions, les vaisseaux spatiaux et les réacteurs nucléaires. Parfois, les conséquences ont été mortelles. En 1985, un soldat est mort en Grande-Bretagne lorsque les boulons d'un obusier automoteur de 155 mm de fabrication américaine ont échoué. Les boulons maintenaient le collecteur qui soulevait et abaissait le pistolet. Les boulons se sont cassés, bloquant le soldat sous le collecteur. Les enquêteurs ont accusé la fragilisation par l'hydrogène. Le gaz a rendu les boulons si fragiles qu'ils ne pouvaient pas résister aux fortes secousses produites par le pistolet. En 1984, les boulons (également pour les supports de pistolet) sur un char M1 Abrams se sont également cassés [source: Anderson].

Les scientifiques travaillent fébrilement pour essayer de prédire comment, quand et où la fragilisation par l'hydrogène aura lieu. L'industrie automobile, entre autres, s'en préoccupe. Comme vous le savez probablement, les véhicules à hydrogène tirent leur énergie d'un appareil appelé pile à combustible. Les piles à combustible permettent à l'hydrogène de se combiner avec l'oxygène pour produire de la chaleur et de l'électricité. Les seuls sous-produits sont la chaleur et l'eau [source: National Renewable Energy Laboratory].

Les atomes d'hydrogène peuvent percer le métal pendant le processus de fabrication, par exemple lorsque les travailleurs chroment des pièces de voiture, soudent des pièces ensemble ou lorsque le métal est fraisé ou pressé. Une infiltration d'hydrogène peut également se produire lorsque la voiture roule sur la route. Les atomes saturent le métal, s'infiltrant dans les réservoirs de carburant et d'autres composants. En conséquence, les pièces automobiles telles que les réservoirs de carburant, les piles à combustible et les roulements à billes peuvent tomber en panne sans avertissement. Le résultat? Factures de réparation coûteuses - et pire [source: Science Daily].

Ne gaspillez pas l'idée de voiture à hydrogène pour l'instant. Des chercheurs allemands ont étudié comment les atomes d'hydrogène se déplacent dans le métal. En traçant la route des atomes, ils espèrent développer des matériaux résistants à la fragilisation qui pourront être utilisés dans les voitures à hydrogène. Les scientifiques recherchent également des moyens d'arrêter le processus de fragilisation en chauffant constamment les atomes d'hydrogène qui sont toujours en mouvement [source: Science Daily].

En comprenant mieux comment les atomes d'hydrogène exercent leur activité destructrice, les scientifiques et les ingénieurs sont convaincus qu'ils seront capables de fabriquer des réservoirs de carburant à bord et d'autres pièces qui ne se dégradent pas avec le temps [source: Azom.com]. Avant que vous ne le sachiez, nous conduirons tous des voitures à hydrogène.

Note de l'auteur: l'hydrogène détruit-il le métal?

Jusqu'à ce que je commence à chercher cet article, je n'avais aucune idée que l'hydrogène, l'élément le plus abondant de l'univers, était si destructeur. Oh bien sûr, je savais pourquoi mon cher Ford Ranger 1993 a commencé à rouiller - de l'oxygène combiné au fer pour former de l'oxyde de fer, et avant de le savoir, je grattais, apprêtais et peignais. Je suppose que je n'aurais pas dû être surpris de savoir que l'hydrogène ronge le métal aussi facilement. La fragilisation par l'hydrogène est une question sérieuse, en particulier lorsque l'hydrogène est un élément clé pour répondre à nos besoins en carburant et aider la planète. Espérons que les scientifiques seront en mesure de trouver une solution rentable au problème.

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Sources

• Société américaine des ingénieurs en mécanique (ASME). «RL10 Rocket Engine». (14 janvier 2013) http://files.asme.org/asmeorg/communities/history/landmarks/5636.pdf
• Anderson, Jack. "Soldat Dies When Faulty Weapons Break." Ocala Star-Banner. 16 février 1987. (5 janvier 2013) http://news.google.com/newspapers?id=xZ0TAAAAIBAJ&sjid=mAYEAAAAIBAJ&pg=4103,25787&dq=hydrogen+embrittlement&hl=fr
• Azom.com. «Hydrogen Economy of the Future Spurs Hydrogen Embrittlement Research. 28 mai 2008. (5 janvier 2013) http://www.azom.com/news.aspx?newsID=12342
• La Fondation du patrimoine chimique. «Antoine-Laurent Lavoisier». (4 janvier 2013) http://www.chemheritage.org/discover/online-resources/chemistry-in-history/themes/early-chemistry-and-gases/lavoisier.aspx
• CNN.com. "Bush vante les avantages de l'hydrogène." 6 février 2003. (3 janvier 2013) http://articles.cnn.com/2003-02-06/politics/bush-energy_1_hydrogen-power-fuel-cells-dependence-on-foreign-oil?_s = PM: TOUTES LES POLITIQUES
• Gray, Hugh. R. «Hydrogen Environment Embrittlement». NASA. 26 juin 1972. (5 janvier 2013) http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19720019924_1972019924.pdf
• Making-Hydrogen.com. «History of Hydrogen». (4 janvier 2013). http://www.making-hydrogen.com/history-of-hydrogen.html
• Université McGill. "L'étude révèle des indices sur la cause de la fragilisation par l'hydrogène." 19 novembre 2012. (7 janvier 2013) http://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/study-reveals-clues-cause-hydrogen-embrittlement-219051.
• Laboratoire national des énergies renouvelables. «Hydrogen Basics». 18 mai 2012. (4 janvier 2013) http://www.nrel.gov/learning/eds_hydrogen.html
• Science Daily. "Indices de cause de fragilisation par l'hydrogène dans les métaux: les résultats pourraient guider la conception de nouveaux matériaux résistants à la fragilisation." 19 novembre 2012. (4 janvier 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121119132309.htm
• Science Daily. "L'hydrogène provoque la rupture du métal." 21 août 2010. (3 janvier 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2010/08/100816114831.htm