Stocker l’hydrogène de manière stable et sécurisée dans un disque, tout en dépensant trois fois moins d’énergie qu’avec les méthodes actuelles ? Ce sont les promesses de la solution initiée par le chercheur CNRS Daniel Fruchart. Il a été rejoint au fil des années par une équipe pluridisciplinaire alliant compétences en chimie, physique, thermique et ingénierie. Un collectif finaliste, le 4 juillet, du prix de l'inventeur européen dans la catégorie Recherche.
Un disque de 30 cm de diamètre et un centimètre d’épaisseur, pour un volume d’un litre, permet grâce à cette méthode de stockage chimique d’introduire et de libérer 650 litres d’hydrogène. Une méthode sécurisée, car le disque d'hydrure de magnésium utilisé, inerte, «peut même être posé sur la table», affirme Daniel Fruchart, dont le projet remonte à 1995.
Générer trois fois plus d’énergie qu’avec les carburants fossiles
«A mesure que l’on a commencé à parler d’énergie renouvelable et de stockage, l’hydrogène est apparu comme un vecteur intéressant du transfert d’énergie puisqu’il peut être stocké à la fois de manière physique et chimique, rappelle le scientifique. C’est par ailleurs une molécule dont la combustion est très énergétique, trois fois plus que celle des carburants fossiles. Et bien sûr c’est une énergie propre puisque sa combustion se fait sans CO2.»
Problème : l’hydrogène est un gaz très léger, peu dense, qu’il est important de densifier soit physiquement, soit par la réaction avec d’autres matériaux. A l’heure actuelle, il est essentiellement stocké sous forme gazeuse, ou liquide, ce qui prend de la place tout en étant très gourmand en énergie et complexe au niveau mécanique. D’où les recherches initiées par Daniel Fruchart, qui identifie au cours de sa recherche le magnésium, «l’un des meilleurs matériaux pour stocker une grande quantité d’hydrogène». En outre, pointe le chercheur, il est «peu cher» et «très abondant» puisqu’il constitue 7% des éléments de la terre. Le matériau reste toutefois essentiellement produit par la Chine, ce qui n'est pas sans poser des risques de pénurie.
Dans le cadre d’une réaction chimique avec l’hydrogène, le magnésium peut former un composé nouveau qui s’appelle MgH2. Cette réaction se produit dans des conditions assez difficiles, «la réduction du magnésium à taille microscopique et nano-structurée facilitant la réaction aidée aussi par des additifs catalyseurs», précise Daniel Fruchart. Dès 1995, ce dernier collabore avec l’industriel métallurgiste Michel Jehan, spécialiste de la transformation du magnésium qu’il réduit alors en poudres, granulés, et produits microscopiques dans son usine de Romans-sur-Isère. Un produit transformé qui se révèle avoir d’excellente propriétés réactives, tout en présentant l’avantage de pouvoir être produit en grande quantité.
Des réservoirs intelligents pour stocker puis réutiliser la chaleur
Pendant une dizaine d’années, l'équipe de chercheurs travaille à améliorer la solution, mettant notamment au point des réservoirs intelligents pour stocker puis réutiliser la chaleur générée par le procédé. «La réaction du magnésium avec l’hydrogène produit beaucoup de chaleur lorsque se forme l’hydrure MgH2 et pour sortir l’hydrogène de cet hydrure, nous avons également besoin de la même quantité de chaleur, détaille Daniel Fruchart. C’est pourquoi nous avons récupéré la chaleur produite lors de la réaction dans un composé à changement de phase afin de la réutiliser.» Chaque réservoir stocke 15 à 20 kilos d’hydrogène, une méthode qui permet de dépenser moins d’énergie que le stockage sous forme liquide et gazeuse selon le chercheur, tout en étant plus sécurisée puisque le stockage se fait sans pression.
«Vous prenez un récipient d’une contenance théorique de un mètre cube : avec de l’hydrogène comprimé à 700 bar dans ce m3, on peut stocker 42 kilos d’hydrogène et, 70 kilos si on le remplit avec de l’hydrogène liquide, complète Michel Jehan. Avec notre procédé utilisant l’hydrure de magnésium, on peut stocker 110 kilos d’hydrogène par m3.»
En 2008, Daniel Fruchart et Michel Jehan créent ensemble la société McPhy avec l’objectif de mettre au point des réservoirs intelligents conçus pour être utilisés dans de grandes stations-service à hydrogène, les applications stationnaires industrielles ou pour les sites isolés cherchant à stocker l’énergie renouvelable intermittente. Mais la filière du stockage solide rencontre alors un positionnement difficile, sur un marché qui n’était pas encore développé. «Nous étions trop en avance, il n’y avait pas encore de marché à l’époque», déplore Michel Jehan. L'activité de stockage sur MgH2 est reprise par la société Jomi-Leman. «Nous sommes en train de remonter les machines et les équipements de McPhy pour produire les hydrures et les réservoirs dans une usine de la Drôme, avec l’objectif de produire jusqu’à 300 tonnes d’hydrure de magnésium par an et d’embaucher», détaille Michel Jehan. Reste à trouver les financements, le soutien de l'Etat n'étant pour l'instant pas au rendez vous.
Pour l'heure, la solution suscite déjà l'intérêt à l'étranger. Déjà commercialisé sur quelques projets en Allemagne et au Japon, leur système de stockage solide intéresse aussi la Norvège pour ses ferrys, le pays nordique souhaitant remplacer rapidement les hydrocarbures par de l’énergie propre. «Nous sommes en discussion pour mettre en place un démonstrateur qui permettrait de faire circuler un ferry de port en port et de former un stock de réservoirs à hydrogène», détaille Michel Jehan, qui ajoute qu'il est également en contact avec de larges industries chimiques au Chili et au Maroc. Et si l’investissement de base pour le client sera inévitablement important, le coût sera compensé par la possibilité de l’utiliser tout au long de 7 400 cycles d’absorption/désorption soit, selon l’équipe de Jomi-Leman, 20 à 30 ans d'utilisation.
