Générateur d’Hydrogène « vert » pour mobilité légère ou de courte distance

Abstract

L’hydrolyse des déchets d’alliages de magnésium dans l’eau de mer (i.e. solution aqueuse à 3,5% en masse de NaCl) est une nouvelle approche qui permet à la fois la production de l’hydrogène in-situ et la valorisation de déchets a priori non recyclables. L’objectif de ce travail de thèse est d’optimiser la réactivité de ces déchets par broyage mécanique en présence d’additif(s). Nous avons donc investigué les principaux paramètres de broyage (e.g. atmosphère de broyage, vitesse de broyage, ordre d’ajout des additifs) sur la réactivité d’un alliage WE43 et des déchets d’alliages Mg–Al. Un « scale-up » du procédé de traitement des matériaux a été mené pour explorer la possibilité d’industrialisation du procédé. En outre, nous avons montré que le broyage sous argon est plus avantageux que celui sous hydrogène.Les alliages Mg–Al (plus précisément AZ91) sont les plus utilisés. Dans ces alliages, l’aluminium forme avec le magnésium l’intermétallique Mg17Al12. Pour comprendre le mécanisme de production d’hydrogène à partir d’alliages Mg–Al biphasés (i.e. Mg + Mg17Al12), l’évaluation du comportement de chacun de leurs constituants et de leurs interactions est primordiale. A cet égard, les aspects chimique (i.e. hydrolyse) et électrochimique (i.e. corrosion) de la réaction de Mg17Al12 avec une solution similaire à l’eau de mer et l’effet du broyage en présence d’additifs (e.g. graphite, NaCl, MgCl2 et AlCl3) ont été étudiés. L’évolution de la chimie de surface lors des tests de polarisation a prouvé expérimentalement (par spectroscopie Raman), pour la première fois, la formation d’intermédiaires réactionnels et nous a permis de proposer un mécanisme de formation de H2.L’interaction entre Mg et Mg17Al12 a été explorée en comparant les propriétés de matériaux modèles « AZ91 » (Mg + Mg17Al12). Grâce à la microscopie électrochimique à balayage, l’effet du couplage galvanique est étudié à l’interface des deux composants du matériau. La contribution de Mg17Al12 dans la corrosion des alliages AZ91 a ainsi été clarifiée. L’intermétallique est résistant à la corrosion et accélère la corrosion de Mg en raison du couplage galvanique. Les diverses stratégies de broyage adoptées dans ce travail ont été comparées en les appliquant sur un alliage commercial AZ91. Le matériau traité mécaniquement en présence de graphite et d’AlCl3 présente les meilleures performances en hydrolyse.Finalement, nous avons évalué semi-quantitativement la pureté de H2 (la composition du mélange gazeux et son humidité) produit. L’incidence de certaines conditions expérimentales (e.g. composition de la solution, température, rapport de la masse de poudre au volume de la solution) est reportée. Il a ainsi été montré qu’un réacteur d’hydrolyse de Mg opérant à température ambiante avec l’eau de mer produit de l’hydrogène « propre » in-situ et peut être considéré comme un générateur d’hydrogène « vert » à la demande.