co-développement du spatial et du terrestre.

Bonjour à tous,
Un argument pro-spatial est que l'industrie spatiale a permis de nombreuses avancées technologiques qui ont eu des retombées terrestres... Normal vue que la terre est en bas et les cieux en haut... Quoique au pôle sud ? :scratch:
Mais soyons sérieux, la réciproque est évidemment vraie.
Actuellement, vous l'avez peut-être remarqué ;) , sur un autre sujet http://www.forum-conquete-spatiale.fr/Technique-c5/Autres-f21/Constructions-lunaires-et-martiennes-p49040.htm#49040 , nos cogitations portent sur l'hydrogène ... Et si la Terre elle-même se mettait l'hydrogène, çà nous faciliterait grandement la tâche.
Pour ouvrir la discussion voici un article sur l'objectif 0 % de carbone pour l'aéronautique
http://actualite.aol.fr/sciences/le-secteur-aerien-vise-0-d-emission-de-co2-appelle-a-l-union-des-forces/445194/p-article_cat/article_titre/article_id/article.html

Ce n'est quant même pas hors sujet car l'aéronautique conduit à l'astronautique! Personnellement je n'apprécie guère ce genre d'objectifs totalitaires, mais çà a au moins le mérite de lancer mon sujet... Car si l'on veut que les avions ne rejettent 0 % de dioxyde de carbone, je ne vois qu'une solution, les faire marcher à l'hydrogène ou alors des avions solaires ou nucléaires ! Rien que pour çà je sens que je vais devenir un fanatique du 0 % de carbone ;)
Mais n'en croyaient rien et je souhaite que ce sujet reste le plus ouvert possible et non uniquement sur l'hydrogène !
Cordialement,
Giwa

Avec l'étude Cryoplane il y a une dizaine d'années, Airbus avait conclu plutôt favorablement à la faisabilité technique d'un avion commercial alimenté à l'hydrogène. Par ailleurs, les russes ont fait voler un Tupolev expérimental à l'hydrogène vers 1989.
On ne le fait pas maintenant parce que ce n'est pas rentable, mais c'est à considérer peut-être dans 20 ou 30 ans. J'avais même fait un petit calcul du nombre de réacteurs nucléaires nécessaires pour produire le H2 nécessaire pour alimenter un aéroport de taille moyenne, je vais essayer de retrouver ça.

A+

Mais ne faut il pas du carbonne pour créer de l'hydrogène???

Apolloman a écrit:Mais ne faut il pas du carbonne pour créer de l'hydrogène???

Actuellement oui, le H2 provient du gaz naturel. Mais le but est de le produire de façon rentable par craquage de l'eau.

A+

... et la manière la plus propre à ce jour pour l'électrolyse reste le nucléaire non ?

lambda0 a écrit:

Apolloman a écrit:Mais ne faut il pas du carbonne pour créer de l'hydrogène???

Actuellement oui, le H2 provient du gaz naturel. Mais le but est de le produire de façon rentable par craquage de l'eau.

A+

Cela demande néanmoins beaucoup d'énergie le craquage de l'eau

Pas s'il est produit à partir de l'electrolyse de l'eau...
http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectrolyse

il faut juste de l'eau et de l'électricité, d'où les réacteurs nucléaires...

Sinon on peut aussi le produire à propos du méthane CH4, mais si on obtient
H4, reste le fameux C et là on produit du carbone.

Mais dans le bilan global de masse et de polution, ce qu'il faut voir c'est qu'il ne faut pas dégager un surplus de carbone. Je m'explique...
Si on produit du méthane à partir du gaz, pétrole et autre charbon, on dégage du carbone qui n'était pas dans l'atmosphère => surplus.
Maitenant si on produit du méthane à partir de plante ou d'animaux, on dégage du carbone qui était déjà dans l'atmosphère => bilan nul...

J'ajouterai que vu le nombre de lancement par an et leur consommation, c'est sans commune mesure avec le transport aérien, la question pour moi ne se pose même pas pour l'instant (le zéro carbone), mais on peut commencer à ày refléchir il est vrai...

Commander Ham a écrit:Pas s'il est produit à partir de l'electrolyse de l'eau...
http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectrolyse

Merci de ta réponse

oula, beaucoup de réponse simultanées :D

Commander Ham a écrit:
...
Maitenant si on produit du méthane à partir de plante ou d'animaux, on dégage du carbone qui était déjà dans l'atmosphère => bilan nul...

Le problème dans le cas présent est que les quantités requises sont trop importantes pour que celà puisse provenir de la biomasse.
On utiliserait un réacteur nucléaire de type HTR 600 MW, fonctionnant à haute température pour craquer l'eau directement, sans passer par l'électricité, ce qui devrait permettre des rendements de l'ordre de 50%.
Mais dans un premier temps, ça peut aussi se faire par électrolyse.

A+

Commander Ham a écrit:Pas s'il est produit à partir de l'electrolyse de l'eau...
http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectrolyse

il faut juste de l'eau et de l'électricité, d'où les réacteurs nucléaires...

Le problème c'est que:
1) L'électrolyse est très gourmand en énergie par quantité de H2 récupéré
2) La plupart de l'électricité dans le monde vient de centrales qui utilisent le carbone et en rejetent sous forme de CO2...

Astrogreg a écrit:

Commander Ham a écrit:Pas s'il est produit à partir de l'electrolyse de l'eau...
http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectrolyse

il faut juste de l'eau et de l'électricité, d'où les réacteurs nucléaires...

Le problème c'est que:
1) L'électrolyse est très gourmand en énergie par quantité de H2 récupéré
2) La plupart de l'électricité dans le monde vient de centrales qui utilisent le carbone et en rejetent sous forme de CO2...

Comme le charbon ou le fioul

Astrogreg a écrit:Le problème c'est que:
1) L'électrolyse est très gourmand en énergie par quantité de H2 récupéré
2) La plupart de l'électricité dans le monde vient de centrales qui utilisent le carbone et en rejetent sous forme de CO2...

Et oui, c'est le problème de l'hydrogène...
De toute facon, il faut bien prendre l'énergie quelque part. Je pense pour ma part que eau + nucléaire + hydrolise dans un premier temps puis eau + nucléaire sans hydrolise dans un second temps serait une bonne chose.

Et, en 2050 soyons optimiste, eau + fusion :D

Ca y est, j'ai retrouvé cette étude d'Airbus pour l'avion à hydrogène :
http://www.fzt.haw-hamburg.de/pers/Scholz/dglr/hh/text_2001_12_06_Cryoplane.pdf

Il faut abandonner toute idée d'électrolyse, c'est horriblement coûteux et contre-productif, c'est lambda0 qui a raison, la seule voie de production en masse d'hydrogène est l'hydrolyse thermique dans des réacteurs HTR.
Maintenant l'hydrogène n'est peut-être pas une aussi bonne idée que cela.
Il semblerait que le relargage accidentiel (il y a toujours des fuites) de quantité importante d'hydrogène dans l'atmosphère puisse avoir des effets assez négatifs (voir google sur la question).
L'hydrogène ne se liquéfie pas sous pression à la température ordinaire. Même liquéfié à basse température sa faible masse volumique implique des réservoirs très volumineux, génant pour les véhicules autonomes...
Je me demande si la synthèse de CH4 à partir de l'eau et du CO2 atmosphérique ne serait pas une voie plus intéressante. (comme prévu sur Mars)
Cela permettrait de confectionner un carburant nettement plus dense, plus facile à liquéfier et avec un bilan en CO2 rejeté nul... A creuser...

Henri a écrit:Je me demande si la synthèse de CH4 à partir de l'eau et du CO2 atmosphérique ne serait pas une voie plus intéressante. (comme prévu sur Mars)
Cela permettrait de confectionner un carburant nettement plus dense, plus facile à liquéfier et avec un bilan en CO2 rejeté nul... A creuser...

oui, si on fait une formule chimique basique, on obtient :
2 H2O + CO2 = CH4 + 2 02...

La question est, comment obtenir cette réaction !
n'étant pas chimiste, je n'en ai aucune idée...

Henri a écrit:
Je me demande si la synthèse de CH4 à partir de l'eau et du CO2 atmosphérique ne serait pas une voie plus intéressante. (comme prévu sur Mars)
Cela permettrait de confectionner un carburant nettement plus dense, plus facile à liquéfier et avec un bilan en CO2 rejeté nul... A creuser...

Je suis de cette avis également. De plus l'hydrogène est dangeureux et les réglage des équipements qui utilise se combustible sont de hautes préçisions. Attendons nous à une série d'accident répétitif. Ont à arrêté les test sur la voiture à hydrogène simplement parce qu'il n'avait aucun moyen de sécurisé le réservoir en cas d'impact...

C'est un changement d'attitudes qu'il va falloir adopter si nous voulons transformer notre utilisation de combustible... Et l'hydroélectricité existe aussi comme solution de rechange. Nous disposons dun nombre impressionnant de centrale hydroélectrique au Québec et une expertise qui fait le tour du monde en la matière. Nous pourrions d'or et déjà installer des turbine afin de fournir l'électricité nécessaire à l'électrolyse... Si tel est la solution retenus.

Henri a écrit:
...
Cela permettrait de confectionner un carburant nettement plus dense, plus facile à liquéfier et avec un bilan en CO2 rejeté nul... A creuser...

Tout à fait d'accord, si le coût énergétique de récupération du CO2 atmosphérique n'est pas rédhibitoire, c'est un point intéressant à vérifier. Ce serait une belle retombée des recherches spatiales.
Ordre de grandeur, dans le cas de l'hydrogène, si on prend le cas extrème où la totalité du LH2 est produit par des HTR : 200 millions de tonnes de kérosène annuels équivalent à 80 millions de tonnes de LH2 (rapport 0.36 + consommation un peu plus élevée). Le HTR de 600 MWth spécifié parmi les réacteurs de génération 4 peut produire 200 tonnes/j. A ce compte, il faudrait construire 1100 réacteurs de ce type dans le monde pour couvrir les besoins. Il s'agit d'un cas extrème, dans la pratique, suivant les sources d'énergie renouvelable disponibles localement, on aura aussi de l'hydroélectricité, comme le rappelle Jean-Robert, du solaire, de l'éolien, etc. Pour ce qui est de la biomasse, il semble que la totalité des surfaces cultivables européennes serait déjà loin de couvrir les besoins en biocarburants pour les automobiles, alors si on rajoute l'aviation par dessus...
Suivant toute vraisemblance, ça ferait quand même quelques centaines de réacteurs nucléaire à construire au niveau mondial, et un coût global de peut-être 1000 milliards d'euros pour convertir l'aviation au H2, étalé sur 50 ans.

On pourrait déjà faire une comparaison énergétique avec le CH4 produit à partir de CO2 atmosphérique.

A+

Bravo pour toutes vos cogitations que je découvre après un sommeil paisible ! :D

Bien, je vois que vous êtes comme moi polarisés sur l'hydrogène... Je vais pas m'en plaindre même si ensuite il y aura bien d'autres thèmes abordés.

Avant de l'utiliser, il faut le produire : c'est une évidence !

Nous ne retiendrons que les méthodes qui font appel à l'eau comme matière première pour satisfaire à l'objectif 0 % de dioxyde de carbone.
Trois voies se présentent : l'électrolyse, la thermolyse chimique et la biologique.
Pour l'électrolyse qui est une voie classique, c'est avant tout un problème d'abaissement du coût : trouver des cellules d'électrolyse plus durables, moins onéreuses et moins énergivores:Il y a pas mal de recherches actuellement qui devraient permettre d'améliorer la rentabilité de cette voie.
Pour la thermolyse chimique qui est une voie très prometteuse, on peut utiliser le solaire ou le nucléaire, mais pas assez haute température vers 1000 °C : donc pour le nucléaire, il faut attendre les réacteurs de quatrième génération. Voici quelques documents trouvés sur le net :
Le VHTR, very high temperature reactor system, réacteur à très haute température (1000°C/1200°C), refroidi à l'hélium, dédié à la production d'hydrogène ou à la cogénération hydrogène/électricité,
Le GFR, Gas-cooled fast reactor system, réacteur rapide à caloporteur hélium

Very high temperature reactor
From Wikipedia, the free encyclopedia
http://en.wikipedia.org/wiki/Very_high_temperature_reactor
The Very High Temperature Reactor is a Generation IV reactor concept that uses a graphite-moderated nuclear reactor with a once-through uranium fuel cycle. This reactor design envisions an outlet temperature of 1,000°C. The reactor core can be either a “prismatic block” or a “pebble-bed” core. The high temperatures enable applications such as process heat or hydrogen production via the thermo-chemical sulfur-iodine cycle.

Sulfur-iodine cycle
From Wikipedia, the free encyclopedia
Jump to: navigation, search
The sulfur-iodine cycle is a series of thermochemical processes used to produce hydrogen. The S-I cycle consists of three chemical reactions whose net reactant is water and whose net products are hydrogen and oxygen.
1. I2 + SO2 + 2 H2O → 2 HI + H2SO4 (120°C)
o The HI is then separated by distillation. Note that concentrated H2SO4 may react with HI, giving I2, SO2 and H2O (backward reaction). Many chemical processes are reversible reactions, such as ammonia production from N2 and H2, but removing the desired product will shift equilibrium to the right.
2. 2 H2SO4 → 2 SO2 + 2 H2O + O2 (830°C)
o The water, SO2 and residual H2SO4 must be separated from the oxygen byproduct by condensation. See Sulfur dioxide#Temperature dependence of aqueous solubility for temperatures.
3. 2 HI → I2 + H2 (320°C)
o Iodine and any accompanying water or SO2 are separated by condensation, and the hydrogen product remains as a gas.
The sulfur and iodine compounds are recovered and reused, hence the consideration of the process as a cycle. This S-I process is a chemical heat engine. Heat enters the cycle in high temperature endothermic chemical reactions 2 and 3, and heat exits the cycle in the low temperature exothermic reaction 1. The difference between the heat entering the cycle and the heat leaving the cycle exits the cycle in the form of the heat of combustion of the hydrogen produced.

Pour le solaire,voici des propositions de thèse sur le thermochimique:
Développement de céramiques composites pour la production d’hydrogène par cycles thermochimiques solaires à haute température
Au plan général, les cycles à base d’oxydes peuvent être classés en trois familles : les oxydes volatiles (par exemple ZnO ou SnO2), les oxydes non volatiles (par exemple Fe2O3) et les ‘ferrites’. Seule cette dernière famille permet de réaliser les réactions en phase solide. Le projet se focalise sur des cycles à 2 étapes mettant en jeu des oxydes mixtes du type ferrites ou CeO2-MOx. Ces cycles présentent une température maximale située entre 1000°C et 1600°C compatible avec l’utilisation à grande échelle et de façon économique de l’énergie solaire concentrée, et impliquent des composés chimiques non toxiques. Les cycles aux oxydes mixtes étudiés dans le projet comportent des réactions redox utilisant des ferrites ou des solutions solides cérium-métal. Les oxydes mixtes permettent d’abaisser la température de réduction (dégagement d’O2) en dessous de 1600°C tout en gardant une bonne réactivité du sous-oxyde réduit avec l’eau dans le domaine 500-1000°C (production d’hydrogène). Ces oxydes mixtes pourront être supportés dans des matrices céramiques, et déposés sur des supports monolithiques (ex. SiC) fixés dans le réacteur donnant la possibilité de réaliser les 2 réactions du cycle dans le même réacteur.

Les cycles du type ‘ferrites’ sont intéressants car ils ne nécessitent aucune étape de trempe (la réduction se produit en phase condensée et l’oxygène produit est éliminé par le courant de gaz vecteur évitant les problèmes de recombinaison) et, pour certains, n’impliquent pas de changement de phase solide/liquide. Par exemple, 3FeO + ½O2) àle cycle Fe3O4/FeO comporte une étape de réduction (Fe3O4 2000°C. Les cycles ferrites permettent d’abaisser la température maximale du cycle à 1000-1600°C, et ils peuvent s’écrire de façon générique et simplifiée :
xMO + (3-x)FeO + 0.5O2 (avec M = Mn, Mg, Co, Ni, Zn)MxFe3-xO4
xMO + MxFe3-xO4 + H2(3-x)FeO + H2O

https://www2.cnrs.fr/DRH/post-docs07/?pid=1&action=view&id=643


Il y a aussi la voie biologique aux moyen d'algues aux cycles modifiés pour produire du d'hydrogène:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Production_biologique_d'hydrog%C3%A8ne

giwa a écrit:Bravo pour toutes vos cogitations que je découvre après un sommeil paisible ! :D
Bien, je vois que vous êtes comme moi polarisés sur l'hydrogène... Je vais pas m'en plaindre même si ensuite il y aura bien d'autres thèmes abordés.

Avant de l'utiliser, il faut le produire : c'est une évidence !
...

On commence à être légèrement hors-sujet par rapport au spatial...
Sauf si on considère les retombées de technologies développées initialement pour le spatial.

Nucléaire HTR : oui, c'est à ce réacteur que je pensais. D'ailleurs, il me semble bien que le développement a été officiellement lancé l'année dernière, pour disposer d'un prototype en 2015

Hydrogène par biomasse : solution un peu douteuse, en l'état actuel de ma connaissance et de ma réflexion. Si on arrivait à utiliser des algues avec des rendements photosynthétiques mirobolants, on pourrait aussi bien produire de cette façon des carburants plus conventionnels et facilement manipulables que l'hydrogène. De plus, pour l'instant, il me semble que la culture de ces algues à haut rendement est extrêmement coûteuse, mais en fait, je connais assez peu ce sujet.

Dans tous les cas, considérer les quantités requises pour que H2 soit une solution crédible pour l'aviation : au moins 80 millions de tonnes par an, avec des investissements massifs en infrastructure de production, acheminement, des problèmes de sécurité à gérer, etc.
On cherchera d'abord des solutions plus simples.

Il me semble intéressant d'investiguer un peu la solution évoquée par Henri : est-il réaliste d'utiliser le CO2 atmosphérique, avec un rendement meilleur que la photosynthèse, pour produire des carburants conventionnels ?
Quel est le coût énergétique minimal de concentration du CO2 ?
Je n'ai jamais entendu parler de cette solution à un niveau industriel, mais on peut toujours regarder si on est vraiment très loin des ordres de grandeur requis.

A+

Commander Ham a écrit:

Henri a écrit:Je me demande si la synthèse de CH4 à partir de l'eau et du CO2 atmosphérique ne serait pas une voie plus intéressante. (comme prévu sur Mars)
Cela permettrait de confectionner un carburant nettement plus dense, plus facile à liquéfier et avec un bilan en CO2 rejeté nul... A creuser...

oui, si on fait une formule chimique basique, on obtient :
2 H2O + CO2 = CH4 + 2 02...

La question est, comment obtenir cette réaction !
n'étant pas chimiste, je n'en ai aucune idée...

Il faut procéder en plusieurs étapes puisque H2O et CO2 sont deux espèces chimiques oxydées qui ne peuvent réagir directement l'une sur l'autre:dans les réactions d'oxydo-réduction ,il faut un oxydant et un réducteur.
Il faut d'abord décomposer l'eau par électrolyse, thermolyse ou photolyse et produire du dihydrogène selon le bilan:
2H2O= 2H2 + O2
Cette décomposition est endothermique, c'est à dire qu'elle réclame de l'énergie ce qui met en évidence que l'hydrogène n'est qu'un vecteur d'énergie et non une source d'énergie (tant que l'on n'envisage pas la fusion nucléaire et qu'on reste à la chimie )
Puis on effectue la fameuse réaction de Sabatier préconisée déjà pour le retour de Mars :
CO2 + 4 H2 = CH4 + 2 H2O

http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9action_de_Sabatier

Il semble que H2O n’est pas été consommé, mais ce n’est qu’une impression car le second bilan réclame 4H2 ,donc il est nécessaire de doubler le premier :
( 2H2O = 2H2 + O2 ) donne 4 H2O = 4H2 + 2O2 et alors :

( 4 H2O = 4H2 + 2 O2 ) + ( CO2 + 4 H2 = CH4 + 2 H2O ) donne:

4 H2O + CO2 +4 H2 =4 H2 + 2 O2 + CH4 + 2 H2O que l’on peut simplifier :

CO2 + 2 H2O = CH4 + 2 O2 ….CQFD !

Reste à rendre la voie chimique plus productive et plus rentable que la photosynthèse biologique et là, il y a pas mal de recherches appliquées à entreprendre avant de pouvoir recycler le CO2 atmosphérique par cette voie.

giwa a écrit:
...
Reste à rendre la voie chimique plus productive et plus rentable que la photosynthèse biologique et là, il y a pas mal de recherches appliquées à entreprendre avant de pouvoir recycler le CO2 atmosphérique par cette voie.

On peut déjà faire un petit calcul théorique simple pour vérifier si c'est crédible en tant que solution industrielle : énergie nécessaire pour concentrer le CO2, connaissant la pression partielle de CO2 dans l'atmosphère, et énergie consommée par la réaction Sabatier elle-même, modulo son rendement.
Juste pour voir si on est à côté de la plaque dans un rapport 10 par rapport à H2, auquel ça pourrait éventuellement être négociable, ou d'un rapport 1000, et ce serait sans espoir.

A+

lambda0 a écrit:

giwa a écrit:
...
Reste à rendre la voie chimique plus productive et plus rentable que la photosynthèse biologique et là, il y a pas mal de recherches appliquées à entreprendre avant de pouvoir recycler le CO2 atmosphérique par cette voie.

On peut déjà faire un petit calcul théorique simple pour vérifier si c'est crédible en tant que solution industrielle : énergie nécessaire pour concentrer le CO2, connaissant la pression partielle de CO2 dans l'atmosphère, et énergie consommée par la réaction Sabatier elle-même, modulo son rendement.
Juste pour voir si on est à côté de la plaque dans un rapport 10 par rapport à H2, auquel ça pourrait éventuellement être négociable, ou d'un rapport 1000, et ce serait sans espoir.

A+

...Et pour ne pas être Hors-sujet faire les calculs aussi bien pour Mars que pour la Terre...mais pour Mars il y a aussi la possibilité de partir du CO2 solide déjà concentré...mais ,bon, je dois revenir sur terre où le boulot sans le métro, mais ensuite le dodo m'attendent :)

Je dirai pour le spatial qu'on est deja en grande partie totalement propre !
Je prends l'exemple de l'étage cryogénique principal d'Ariane V.

De wikipédia :
L'Étage Principal Cryogénique (EPC) est composé principalement de deux réservoirs (hydrogène liquide et oxygène liquide) et du moteur Vulcain (Vulcain II pour Ariane 5 évolution). Ce moteur cryogénique (le Vulcain), utilise 160 tonnes d'hydrogène et d'oxygène liquides refroidis à -253°C. Cet étage assure la propulsion du lanceur durant la deuxième phase de vol du lanceur (une dizaine de minutes).

O2 + 2 H2 = 2 H2O :D

Reste que pour les EAP, c'est de la poudre et l'étage supérieur utilise un carburant toxique il me semble...

Si on utilise 3 EPC et un étage supérieur H2 + O2, on obtient un lanceur TOTALEMENT propre :eeks:

Commander Ham a écrit:Je dirai pour le spatial qu'on est deja en grande partie totalement propre !
Je prends l'exemple de l'étage cryogénique principal d'Ariane V.

De wikipédia :
L'Étage Principal Cryogénique (EPC) est composé principalement de deux réservoirs (hydrogène liquide et oxygène liquide) et du moteur Vulcain (Vulcain II pour Ariane 5 évolution). Ce moteur cryogénique (le Vulcain), utilise 160 tonnes d'hydrogène et d'oxygène liquides refroidis à -253°C. Cet étage assure la propulsion du lanceur durant la deuxième phase de vol du lanceur (une dizaine de minutes).

O2 + 2 H2 = 2 H2O :D

Reste que pour les EAP, c'est de la poudre et l'étage supérieur utilise un carburant toxique il me semble...

Si on utilise 3 EPC et un étage supérieur H2 + O2, on obtient un lanceur TOTALEMENT propre :eeks:

Malheureuesement l'hydrogène est produit à partir du crackage d'un hydrocarbure fossile...