Étude d’un procédé de production d’hydrogène in-situ sous haute pression par hydrolyse en présence de magnésium

Abstract

Au cours des dernières années, de nombreux efforts ont été consacrés à la production d'hydrogène à partir de réactions d'hydrolyse de divers matériaux. Cette méthode est prometteuse car elle ne nécessite l’apport d’aucune énergie supplémentaire et offre la possibilité de produire de l'hydrogène de manière délocalisée. Parmi les matériaux envisagés, le magnésium (Mg) s’avère particulièrement intéressant puisqu’il est très abondant, peu onéreux, sa réactivité à l’oxydation par l’eau (i.e. hydrolyse) est grande et son impact environnemental est faible. Cette thèse aborde trois aspects de ce procédé. Le premier aspect concerne l’étude de la réaction d’hydrolyse dans l’eau de mer (35 g/mol NaCl) avec une famille de matériaux riches en Mg nommés « Long Period Stacking Ordered » (LPSO). Ces phases ternaires (Mg-Métal de Transition (MT)-Terre Rare (TR)) présentent des propriétés structurales alternant des plans atomiques de magnésium avec des plans enrichis en MT et TR. Cette étude comporte des mesures de dégagement de dihydrogène avec des poudres de différents alliages ainsi que des mesures de corrosion sur des échantillons bruts. Les mécanismes d’interaction galvanique entre les phases α-Mg et LPSO sont étudiées plus en détail par diverses techniques (microscopie électronique à balayage (MEB), mesure du potentiel volta, …) Le second axe d’étude porte sur la modélisation des cinétiques de réaction d’hydrolyse obtenues avec les différents alliages contenant des phases LPSO. Les difficultés liées à la formulation d’un modèle simple et adapté au problème de l’hydrolyse sont exposées. Une approche basée sur la consommation des phases en présence (LPSO et α-Mg) est utilisée et un modèle prenant en compte cette double consommation est proposé. Les observations MEB des alliages permettent de démontrer et d’affirmer la robustesse et la pertinence de ce modèle. Enfin, la possibilité de générer le dihydrogène à haute pression est un atout du procédé qui est également exploré dans cette thèse. La mise en réaction de plusieurs grammes de réactifs a engendré des problématiques techniques liées notamment à l’exothermicité de la réaction. Plusieurs stratégies visant à résoudre ces problématiques sont exposées.