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Le gaz H2 et son capteur

Introduction à l'hydrogène

L'hydrogène gazeux est un élément chimique composé de deux atomes d'hydrogène et dont la formule est H₂. Sous sa forme pure, l'hydrogène est un gaz incolore, inodore et insipide. Il n'est pas toxique, mais extrêmement inflammable et doit être manipulé avec précaution pour garantir la sécurité. L'hydrogène est l'élément le plus abondant dans l'univers, représentant 90 % de la masse totale de l'univers. Cependant, il est rarement présent sous sa forme pure sur Terre, car il se combine facilement avec d'autres éléments. L'hydrogène est couramment utilisé dans divers processus industriels, notamment le raffinage du pétrole, la production de produits chimiques et comme source potentielle de combustible propre. 

L'hydrogène gazeux est extrêmement léger, avec une densité de 0,08988 gramme par litre à pression normale. Cette propriété le rend précieux dans des applications telles que les piles à combustible et comme gaz de sustentation dans les ballons et les dirigeables. Malgré sa légèreté et son abondance, la manipulation sécuritaire de l'hydrogène est cruciale en raison de son inflammabilité. 

La production industrielle d'hydrogène est importante, avec de nombreuses usines à grande échelle dans le monde entier. L'hydrogène est souvent produit par des méthodes telles que le reformage du méthane à la vapeur et l'électrolyse, des processus qui consistent à diviser les molécules d'eau pour extraire l'hydrogène gazeux. 

Caractéristiques du gaz

  • Incolore 
  • Sans odeur 
  • Sans saveur 
  • Extrêmement inflammable 
  • Le plus léger de tous les éléments. 
  • L'hydrogène présent dans l'air est inflammable à des concentrations comprises entre 4 % et 75 % en volume (à titre de comparaison, le méthane n'est inflammable dans l'air qu'à des proportions comprises entre 4,4 % et 17 % en volume). 
  • L'hydrogène gazeux est constitué de molécules H2 : chaque molécule est composée de deux atomes d'hydrogène liés entre eux. 
  • Henry Cavendish l'a découvert au milieu du XVIIIe siècle et l'a décrit comme un « air inflammable ».  
  • L'élément le plus abondant dans l'univers, représentant environ 75 % de toute la matière normale.  
  • Les atomes d'hydrogène ne possèdent qu'un seul proton et un seul électron.  
  • L'hydrogène est un gaz diatomique dont la formule chimique est H2.  
  • Le terme « hydrogène » vient du grec « formateur d'eau ».  
  • CAS 1333-74-0 
icône ghs inflammable - exemples : oxydes d'azote, solutions concentrées d'ammoniac, ammoniac anhydre
icône ghs toxique - exemples : l'acide nitrique, qui peut dissoudre les métaux alcalins et causer des lésions aux voies respiratoires des travailleurs, ainsi que le chlorure d'ammonium
icône-ghs-gaz-comprimé-ou-liquide-comprimé
Corrosif selon le SGH et le SIMDUT - exemples : les acides sulfurique et nitrique, y compris l'hydroxyde d'ammonium, sont des gaz corrosifs.
Réduisez les risques liés à vos opérations hydrogène

EN SAVOIR PLUS

Spectre chromatique de l'hydrogène 

Il existe différentes formes d'hydrogène, chacune étant désignée par un nom spécifique en fonction de son mode de production. Bien que l'hydrogène vert soit considéré comme le « Saint Graal » des énergies propres, d'autres types d'hydrogène permettent également de réduire les émissions et jouent un rôle important dans la neutralité carbone. Voici un bref aperçu de chaque type d'hydrogène et de son processus de production.

L'hydrogène vert est produit sans émissions nocives de gaz à effet de serre et est fabriqué à partir d'électricité provenant de sources d'énergie renouvelables excédentaires, telles que l'énergie solaire et éolienne. Cette électricité excédentaire sépare l'eau en hydrogène et en oxygène, sans émettre de dioxyde de carbone lors de l'électrolyse. En utilisant l'énergie renouvelable excédentaire pendant les périodes de faible demande, la production d'hydrogène vert équilibre le réseau et stocke l'énergie excédentaire, améliorant ainsi la flexibilité et la fiabilité du système énergétique. Actuellement, l'hydrogène vert représente un faible pourcentage de la production totale d'hydrogène.

L'hydrogène bleu, également appelé hydrogène décarboné, est principalement produit à partir de gaz naturel à l'aide d'un procédé appelé reformage à la vapeur (soit par reformage du méthane à la vapeur (SMR), soit par reformage autothermique (ATR)). Lorsque le gaz naturel et la vapeur très chaude sont mélangés, l'hydrogène et le dioxyde de carbone sont séparés. Le dioxyde de carbone est ensuite capturé et stocké en toute sécurité, mais l'hydrogène est transporté sous forme de gaz combustible.  

L'hydrogène gris est produit selon le même procédé que l'hydrogène bleu : le reformage à la vapeur. Au lieu de capter le dioxyde de carbone, celui-ci est rejeté dans l'atmosphère. Il s'agit actuellement du mode de production d'hydrogène le plus répandu. 

 

L'hydrogène rose est produit à partir d'électricité générée par l'énergie nucléaire. Également appelé hydrogène violet ou rouge, il ne rejette pas de CO2, mais génère des déchets nucléaires. Les températures élevées des réacteurs nucléaires peuvent également produire de la vapeur pour une électrolyse plus efficace ou un reformage à la vapeur du méthane issu du gaz naturel.

L'hydrogène turquoise, parfois appelé hydrogène de précombustion, est produit par pyrolyse du méthane, générant de l'hydrogène et du carbone solide. Son faible potentiel d'émission dépend de l'utilisation d'énergies renouvelables pour le processus thermique et du stockage permanent ou de l'utilisation du carbone.

L'hydrogène jaune est produit par électrolyse à partir d'énergie solaire, ce qui en fait une source d'énergie propre sans émissions de gaz à effet de serre.

L'hydrogène blanc ou « doré » estun hydrogène naturel présent dans des gisements souterrains et extrait lors de processus tels que la fracturation hydraulique. L'Australie-Méridionale, en particulier, a déjà découvert plusieurs réserves d'hydrogène blanc ou doré de haute pureté. Un gisement découvert l'année dernière dans le bassin de Lorraine, en France, contiendrait 250 millions de tonnes d'hydrogène, soit suffisamment pour répondre à la demande mondiale actuelle pendant plus de deux ans (BBC News/IEA.org).

L'hydrogène noir et brun est produit à partir de combustibles fossiles, notamment le charbon noir ou brun, et génère des émissions rejetées dans l'atmosphère. Il s'agit de la forme de production d'hydrogène la plus nocive pour l'environnement.

Détection industrielle de l'hydrogène, dangers et sources

  • Si l'hydrogène est un excellent combustible, il présente toutefois un risque d'explosion beaucoup plus élevé que de nombreux autres combustibles liquides et gazeux. Cela s'explique par deux raisons. Tout d'abord, l'hydrogène est beaucoup plus difficile à contenir que les autres gaz. L'hydrogène gazeux est composé de molécules H2 : chaque molécule est constituée de deux atomes d'hydrogène liés entre eux. Cela fait de l'H2 la plus petite molécule de l'univers. L'hydrogène gazeux a donc tendance à s'échapper de son conteneur.  
  • De plus, l'hydrogène est extrêmement inflammable. L'hydrogène présent dans l'air est inflammable à des concentrations comprises entre 4 % et 75 % en volume (à titre de comparaison, le méthane n'est inflammable dans l'air qu'à des proportions comprises entre 4,4 % et 17 % en volume). La quantité d'énergie nécessaire pour enflammer un mélange hydrogène/air est également beaucoup plus faible que pour les autres combustibles. La quantité minimale d'énergie nécessaire pour enflammer un mélange d'hydrogène et d'air n'est que de 0,017 mJ. En revanche, l'énergie minimale d'inflammation des gaz combustibles hydrocarbonés est beaucoup plus élevée, environ 0,3 mJ pour les mélanges méthane/air ou propane/air. Il en résulte que les fuites d'hydrogène sont fréquentes et que même les plus petites fuites peuvent s'enflammer relativement facilement. 

 

Il estime que les taux de fuite d'hydrogène pourraient atteindre jusqu'à 5,6 % d'ici 2050, lorsque l'hydrogène sera plus largement utilisé.

(Reuters)

Scénarios à haut risque

  • Les usines chimiques utilisant l'hydrogène pour la production d'ammoniac et de méthanol présentent des risques élevés de fuite d'hydrogène en raison de sa forte inflammabilité. 
  • Les raffineries de pétrole sont également exposées à un risque élevé de fuites d'hydrogène, car l'hydrogène est essentiel dans les processus de raffinage, en particulier dans l'hydrocraquage et la désulfuration. Les détecteurs de gaz peuvent mesurer les niveaux d'hydrogène dans les systèmes à haute pression des raffineries. 
  • Stations-service à hydrogène : à mesure que la demande en carburants plus propres augmente, nous verrons apparaître davantage de stations-service à hydrogène, ce qui entraînera également des risques liés à une mauvaise gestion de ces stations. Ces stations doivent être équipées de systèmes de sécurité connectés et de détecteurs de gaz afin de détecter et de limiter les fuites, ainsi que de protocoles d'urgence appropriés pour gérer les incendies ou explosions potentiels. 
  • Installations de stockage: Le stockage à grande échelle de l'hydrogène, qu'il s'agisse de gaz comprimé ou de liquide cryogénique, présente des risques en raison de son inflammabilité et du risque de fuites. Les réservoirs de stockage doivent être conçus pour résister à des pressions élevées et à des températures extrêmes, et les installations doivent être équipées de dispositifs permettant de disperser rapidement tout hydrogène qui s'échappe afin d'éviter toute accumulation et tout risque d'inflammation (AIChE) (NREL Home) . 
  • Transport: L'hydrogène est transporté dans des pipelines à haute pression et des camions-citernes cryogéniques. L'intégrité de ces systèmes de transport est essentielle pour éviter les fuites et les ruptures, qui peuvent entraîner des incendies ou des explosions. Les mesures de sécurité comprennent des protocoles d'inspection rigoureux et des programmes d'entretien visant à garantir la sécurité des pipelines et des camions-citernes (Accueil NREL) . 

Informations sur le capteur H2*

Type : électrochimique
Plage : 0 à 40 000 ppm
Plage de sensibilité : 1 nA/ppm ± 0,5 nA/ppm

*non disponible dans toutes les régions

 

Niveaux d'alarme par défaut

Alarme basse : 4 000 ppmd'
Alarme haute : 8 000 ppm

Appareils Blackline capables de détecter le H2

Questions sur la détection de H2 ?

CONTACTEZ-NOUS

Applications spéciales et considérations particulières

  • Stockage: La détection de l'hydrogène gazeux est cruciale dans les environnements où l'hydrogène est utilisé ou stocké, tels que les raffineries, les usines chimiques et les laboratoires. Il convient de prendre en considération les sources potentielles de production d'hydrogène, telles que l'électrolyse, le reformage à la vapeur et la gazéification de la biomasse. 
  • Faible viscosité : l'hydrogène présente plusieurs risques industriels en raison de ses propriétés uniques. Sa capacité à se diffuser à travers certains matériaux solides peut entraîner une fragilisation et des défaillances du système. Étant la plus petite de toutes les molécules, l'hydrogène a une très faible viscosité, ce qui rend difficile la prévention des fuites. Sa grande flottabilité signifie que, lorsqu'il est libéré, l'hydrogène s'élève et peut s'accumuler à des niveaux élevés. 
  • Hautement inflammable : la forte inflammabilité de l'hydrogène et son énergie d'inflammation très faible (0,02 mJ, soit 1/10e de celle du méthane) signifient que même de petites étincelles, telles que celles provenant de vêtements, peuvent provoquer une inflammation et entraîner des explosions.  
  • Invisible : l'hydrogène brûle avec une flamme invisible à la lumière du jour, ce qui rend sa détection difficile sans colorant ajouté. Des cas d'inflammation spontanée lors de rejets soudains ont été observés, mais le mécanisme reste inconnu. La vitesse de combustion et la vitesse de propagation de la flamme sont rapides, ce qui entraîne des pressions d'explosion et des taux d'augmentation de pression plus élevés, rendant les mélanges explosifs plus susceptibles de détoner que d'autres gaz combustibles courants. 
  • Forme liquide: l'hydrogène liquéfié, souvent transporté à -253 °C, peut provoquer de graves brûlures au contact, et le gaz vaporisé peut brûler ou exploser. 

Risques pour la santé et manipulation de l'hydrogène

concentration
symptômes/effets
0 à 0,5 ppm
Aucun effet significatif sur la santé ; l'hydrogène est naturellement présent dans l'air à l'état de traces.
0,6 - 23 ppm
Aucun effet significatif sur la santé ; les concentrations comprises dans cette fourchette sont toujours considérées comme très faibles et sans danger pour l'exposition.
24 à 29 ppm
Aucun effet significatif sur la santé ; l'hydrogène à cette concentration reste très faible et ne présente aucun risque pour la santé.
30 à 49 ppm
Aucun effet significatif sur la santé ; ces concentrations restent faibles et ne présentent aucun risque pour la santé.
50 à 71 ppm
Aucun effet significatif sur la santé ; les concentrations restent dans une fourchette considérée comme sûre.
72 - 139 ppm
Aucun effet significatif sur la santé ; ces concentrations ne sont toujours pas nocives.
140 - 499 ppm
Aucun effet significatif sur la santé ; toujours dans les limites d'exposition sans danger.
500 à 1499 ppm
Aucun effet significatif sur la santé ; l'hydrogène est non toxique et ces niveaux sont généralement considérés comme sûrs.
1500 - 2499 ppm
Aucun effet significatif sur la santé ; l'hydrogène est non toxique et cette concentration n'est généralement pas dangereuse.
2500 - 4500 ppm
Aucun effet significatif sur la santé ; bien que l'hydrogène soit non toxique, il convient de prendre des précautions pour éviter le déplacement de l'oxygène.
5000 ppm +
À très forte concentration, l'hydrogène peut remplacer l'oxygène dans l'air, entraînant un risque d'asphyxie. Les symptômes de l'asphyxie comprennent des vertiges, des maux de tête, un essoufflement, une perte de conscience et éventuellement la mort si l'exposition se poursuit sans intervention.
H2 premiers secours
PREMIERS SECOURS
  • Inhalation : Transporter la victime à l'air frais et la maintenir au repos dans une position confortable pour respirer. Si elle ne respire pas, pratiquer la respiration artificielle. Si elle respire, du personnel qualifié doit lui administrer de l'oxygène. Appeler un médecin. 
  • Contact avec la peau : Aucun effet indésirable n'est à prévoir avec ce produit (sauf s'il est liquéfié). 
  • Contact avec les yeux : Rincer immédiatement et abondamment les yeux à l'eau pendant au moins 15 minutes. Maintenir les paupières ouvertes et écartées des globes oculaires afin de garantir un rinçage complet de toutes les surfaces. Consulter immédiatement un médecin. 

Dangers liés à l'hydrogène
EN CAS DE DÉVERSEMENT ACCIDENTEL
  • Évacuez immédiatement la zone et alertez le personnel à proximité. 
  • Évitez les sources d'inflammation, notamment les flammes nues, les étincelles et les équipements électriques. 
  • Aérez la zone pour disperser l'hydrogène gazeux en toute sécurité. 

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