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Hydrogène : Accélérer l'innovation

Journée scientifique 2021

Hydrogène, de la production aux usages

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Le 20 septembre 2021 s'est tenue une journée scientifique 100% consacrée à l'hydrogène organisée par Le Mans Université et Le Mans Métropole.

De nombreux chercheurs du territoire ligérien ont abordé différentes thématiques liées à cette filière en pleine essor et mis en avant des solutions possibles pour accélérer la production verte d’hydrogène et son usage.

Découvrez les 12 travaux présentés lors cette journée scientifique


Une économie de l’hydrogène est-elle réalisable en pays de la Loire ? Quelques réflexions épistémologiques.

Pierre Teissier | Centre François Viète, Université de Nantes

Résumé : Cette proposition est une réflexion exploratoire sur les possibilités et les modalités de mise en œuvre d’une économie de l’hydrogène en pays de la Loire. La région est choisie comme échelle d’analyse et la décennie comme horizon temporel de part et d’autre du présent (2010-2030). Le raisonnement s’appuie sur trois éléments constitutifs des systèmes énergétiques : 1° les imaginaires techniques ; 2° les infrastructures de l’énergie ; et 3° les dynamiques industrielles. La communication s’efforce ainsi de tracer les contours de ce que l’on entend par « économie de l’hydrogène » dans le contexte actuel et d’analyser certains ressorts de sa mise en œuvre politique à l’échelle de la Région.

Présentation complète


L’hydrogène bas-carbone en Pays de la Loire. Quels ordres de grandeur pour quels déploiements ?

 Raphaël Guionie | Doctorant éco-gestion LEMNA-Université de Nantes

Résumé : En 2016, la consommation d’énergie finale en région ligérienne était composée à 63% d’énergies fossiles (44% pétrole et 19% gaz). Afin d’atteindre la neutralité carbone en 2050, il est nécessaire d’éliminer ces énergies fossiles de la consommation. L’hydrogène bas carbone peut servir ce projet. Il peut remplacer des usages pétroliers dans le transport routier lourd (camions, bus, car), dans une partie du transport routier léger (VUL), dans le domaine agricole (tracteur…) et dans les secteurs résidentiels et tertiaires (chauffage). Concernant sa substitution avec le gaz, l’hydrogène pourrait se déployer en priorité dans les secteurs suivants : industrie (en tant qu’intrant et/ou combustible) et les secteurs résidentiel et tertiaire (à nouveau pour le chauffage). Lire la suite...

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Oxygène-Fluor, l'alliance pour une future génération de catalyseurs d'oxydation de l'eau pour la production d'hydrogène vert

Romain Moury, Kévin Lemoine, Z. Gohari Bajestani, Amandine Guiet, A. Hémon-Ribaud, N. Heidary, Vincent Maisonneuve,  Jérôme Lhoste | Institut des Molécules et Matériaux du Mans, UMR 6283 CNRS, Le Mans Université
N. Heidary N. Kornienko| Département de Chimie, Université de Montréal, Québec, Canada

Résumé : En réponse au besoin énergétique mondial et à la transition énergique, l'hydrogène gazeux apparait comme le vecteur d’énergie du futur. Quasi inexistant sur terre, plus de 95% de sa production provient des combustibles fossiles. Ainsi, pour une production d’hydrogène décarboné, l’électrolyse de l'eau semble être une alternative vertueuse mais son développement reste freiné par le faible rendement énergétique lié à une cinétique lente de la réaction d’oxydation de l’eau à l’anode appelée Oxygen Evolution Reaction (OER). Bien que de récents progrès aient été réalisés avec des électrocatalyseurs OER à base d’oxydes de métaux de transition tels que le nickel ou le cobalt, de nouvelles compositions chimiques associées à des stratégies d'élaboration industrialisables doivent émerger afin de parvenir à des matériaux plus performants et s’inscrivant dans le développement durable. Lire la suite...  

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 Production d’hydrogène et réduction du CO2 par voie solaire selon des procédés issus de la photosynthèse artificielle.

Fabrice Odobel, Stéphane Diring | Université de Nantes, CNRS, CEISAM UMR 6230
Stéphane Jobic, Nicolas Barreau | Université de Nantes, CNRS, Institut des Matériaux Jean Rouxel, IMN
Marc Robert | Université de Paris, Laboratoire d’Electrochimie Moléculaire, CNRS

Résumé : La transition énergétique vers les énergies décarbonées est désormais actée. Dans ce contexte, l’hydrogène est perçu comme le vecteur énergétique, qui va accompagner cette transition, car sa densité massique est élevée et sa combustion ne produit que de d’eau. Actuellement, l’hydrogène est essentiellement préparé par vaporéformage à partir d’hydrocarbures d’origine fossile et engendre, par conséquent, de grandes quantités de dioxyde de carbone, gaz à l’origine de l’effet de serre. L’hydrogène peut pourtant être produit par voie solaire, c’est-à-dire par photodécomposition de la molécule d’eau avec oxydation concomitante de celle-ci en oxygène, procédé connu sous le terme de « water splitting ». Lire la suite...

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 Design numérique de céramiques poreuses de CeO2 pour la production d’H2 par concentration solaire.

B. Rousseau | DR2 CNRS, LTEN Nantes, UMR CNRS 6607

Résumé : Le LTeN développe depuis 10 ans des moyens numériques lui permettant (i) de générer sous forme d’images 3D des céramiques poreuses à porosité ouverte et à texture prescrite (porosité, taille moyenne des pores,…) (ii) de définir la répartition spatiale de la chaleur radiative absorbée au sein de ces images pour une condition d’illumination donnée (iii) de calculer le champ de température des mêmes images en tenant compte des transferts conductifs (squelette solide) et convectifs (écoulements gazeux circulant dans les pores). C’est en s’appuyant sur ce savoir-faire que le LTeN souhaite développer aujourd’hui de nouvelles céramiques poreuses à base de CeO2 qui permettent sous chauffage solaire concentré de dissocier H20 en deux étapes distinctes (1) réduction de CeO2 à 1400°C (ii) oxydation à 1000°C de CeO2 réduit avec H20 pour produire H2. Lire la suite...

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 La production d’hydrogène biosourcés : le potentiel des microalgues.

Benoît Schoefs | Institut des Molécules et Matériaux du Mans, UMR 6283 CNRS, Le Mans Université

Résumé : Le développement des sociétés humaines repose sur la consommation d’énergie, essentiellement, d’origine fossile, qui résultent de la transformation au cours des temps géologiques d’organismes photosynthétiques. La photosynthèse est un mécanisme biologique permettant aux cyanobactéries, algues et aux plantes d’assembler des atomes de carbone du dioxyde de carbone de l’environnement en biomolécules organiques, éventuellement riches en énergie comme les lipides. L’épuisement progressif des réserves en énergies fossiles et l’accumulation du dioxyde de carbone dans l’atmosphère ont stimulé la recherche de ressources énergétiques biosourcées alternatives. L’utilisation des plantes de grande culture, des déchets végétaux, à l’origine des biocarburants de première et deuxième génération, a montré des limites importantes débouchant sur l'utilisation de microalgues usine de production de biocarburants de 3ème génération. Lire la suite...

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 Fonctionnalisation acide-base des oxydes à conduction mixte utilisés pour la réduction de l'oxygène dans les piles à combustibles haute température.

 Clément NICOLLET | Institut des Matériaux Jean Rouxel, UMR6502, Université de Nantes

Résumé : La réaction de réduction de l'oxygène est généralement étudiée en recherchant l'étape limitante décrivant la vitesse de la réaction globale. Les changements d’étape limitante sont souvent associés à un changement d'énergie d'activation pour la vitesse de réaction globale, et la diminution de cette énergie d'activation est la stratégie principale pour trouver de meilleurs catalyseurs. Cependant, nous avons observé qu'avec un simple protocole d'infiltration d'oxydes sélectionnés avec différentes acidités, il est possible de faire varier la cinétique d'échange d'oxygène d'un oxyde donné (Pr0.1Ce0.9O2-δ) sur 7 ordres de grandeur avec pratiquement aucun changement d'énergie d'activation. Nous présenterons ce travail, et les perspectives qu'il ouvre en termes de compréhension des mécanismes réactionnels.

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 Stratégie de recherche de nouveaux électrolytes pour pile SOFC.

 Qiong Ye, Maud Barré, Sandrine Coste, Philippe Lacorre, Karim Adil et François Goutenoire | Institut des Molécules et Matériaux du Mans, UMR 6283 CNRS, Le Mans Université

Résumé : La fin de l'utilisation des énergies fossiles est programmée dans un avenir plus ou moins proche. L'hydrogène semble être le vecteur énergétique du futur. Pour l'utiliser, il faudra néanmoins améliorer les éléments du cœur de pile notamment l'électrolyte du côté des PEM et SOFC (Solid Oxide Fuel Cell). Notre laboratoire a fait une découverte importante dans ce domaine il y a maintenant plus de 20 ans [1]. Ce matériau possède des propriétés exceptionnelles comme le montrent les 600 articles citant notre article initial. Hormis sa bonne conduction ionique qui le rend utilisable comme électrolyte, il est aussi employé comme matériau d'anode sous sa forme réduite [2,3]. Lire la suite...

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Utilisation de l’hydrogène dans le moteur diesel en mode dual fuel : avantages et limitations.

Khaled LOUBAR | IMT Atlantique, GEPEA UMR CNRS 6144, Nantes

Résumé : Dans le cadre de la décarbonation du secteur de la mobilité, l’hydrogène est amené à jouer un rôle important. Son utilisation dans les moteurs à combustion interne en substitution partielle des carburants fossiles permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre tel que le dioxyde de carbone. De plus, l’hydrogène représente une alternative intéressante lorsqu’une grande autonomie et/ou un faible temps de recharge sont nécessaires, notamment pour les poids lourds. Toutefois, ses caractéristiques de combustion différentes des carburants conventionnels doivent être prises en compte. Lire la suite...

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L’Hydrogène Comme Vecteur de Valorisation des Énergies Fatales en Zones Industrielles et Portuaires.

A. Roy, J.C. Olivier, F. Auger, E. Schaeffer, S. Bourguet | Laboratoire IREENA , Université de Nantes, Saint-Nazaire
B. Auvity | Laboratoire LTEN, Université de Nantes 
J. Perret | MAN Energy Solutions France, Saint-Nazaire
J. Schiebel | AKAJOULE, 44600 Saint-Nazaire

Résumé : Chercheur au laboratoire IREENA, je travaille sur la gestion de l'énergie et le dimensionnement de micro-réseaux électriques. Je m'intéresse notamment à l'intégration de sources d'énergie renouvelables et solutions de stockage dans les réseaux électriques. Depuis 2020, je travaille sur le projet ESTUAIRE (projet ADEME) dans lequel nous nous intéressons à la valorisation d'énergie fatale au sein d'une zone industrialo-portuaire, au travers différentes solutions telle que l'autoconsommation ou la production d'hydrogène. Les aspects de gouvernance et autoconsommation collective sont aussi étudiés afin de favoriser l'émergence et le développement de communautés d'énergie ainsi que le partage de l'énergie à l'échelle locale, tout en tenant compte de l'évolution des usages et de la réglementation.Présentation complète

 

Piles à combustible PEM en environnement marin : premiers résultats d’une contamination par un brouillard salin.

Marie LAMARD, Paul BUTTIN, Clément RETIERE | CEA Tech, DGDO, Technocampus  Bouguenais
Marie LAMARD, Bruno AUVITY | LTeN (UMR - CNRS 6607) Polytech Nantes
Sébastien ROSINI | CEA Tech, Liten,  Grenoble

Résumé : Bien que les piles à combustible soient une découverte ancienne, des verrous technologiques persistent, notamment concernant leur durabilité. En effet, dans le cas d’applications maritimes, la pile est exposée à de l’air marin contenant du chlorure de sodium (NaCl) qui lui est potentiellement néfaste. Ces travaux reposent sur l’étude de l’impact du NaCl sur les piles à membrane échangeuse de protons, afin de prévoir les modifications à apporter pour l’usage maritime. Après conception, réalisation et caractérisation d’un montage permettant la contamination du flux d’air d’alimentation de la pile, de premiers résultats ont été obtenus via des essais de vieillissement accéléré. Un air environ 200 fois plus concentré en NaCl qu’un environnement marin réel suffit à rendre une cellule PEM inutilisable après 24h de pollution. De plus, des analyses post-mortem ont révélé que les chlorures atteignent le cœur de pile et peuvent ainsi l’endommager de manière partiellement réversible.

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Massification de l’hydrogène issu du nucléaire résiduel.
Gains d’apprentissage versus Economies d’échelle : quelles stratégies ?

Rodica Loisel, Lionel Lemiale, Mathias Guérineau | Laboratoire d'Economie et de Management Nantes-Atlantique LEMNA, Université de Nantes

Résumé : The paper evaluates the potential of producing hydrogen with nuclear power reactors, as the residual load after generating nuclear power in a load-following mode (the hatched area at Fig.1). With increased penetration of renewables in the future, nuclear power will be asked to follow the load in a mode intensive way. Hence using nuclear power in excess to produce hydrogen will insure a steady-state operation of nuclear reactors, which could be an interesting option for both technology maintenance and operator business model. Lire la suite...

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