Hydrogène liquide


Hydrogène liquide
Lancement du satellite militaire DSP-23 le 10/11/2007 à bord d'une fusée Delta IV Heavy propulsée à l'hydrogène liquide (LH2) avec de l'oxygène liquide (LOX).
Propulseurs d'appoint Heavy : LOX / LH2
   - Impulsion spécifique : 410 s
   - Poussée : 3 312 kN pour chacun de deux propulseurs
   - Durée : 249 s
1er étage : LOX / LH2
   - Impulsion spécifique : 410 s
   - Poussée : 3 312 kN
   - Durée : 259 s
2ème étage : LOX / LH2
   - Impulsion spécifique : 462 s
   - Poussée : 110 kN
   - Durée : 850 à 1 125 s
Article principal : Dihydrogène.

L'hydrogène liquide est le dihydrogène refroidi en dessous de son point de condensation, soit 20,28 K[1] (–252,87 °C) à pression atmosphérique (101 325 Pa). Il a alors une masse volumique de 70,973 kg/m3.

Il est généralement désigné par l'acronyme LH2 pour les applications astronautiques. C'est en effet l'un des combustibles liquides les plus utilisés au décollage, par exemple par les lanceurs tels que la navette spatiale, la fusée Delta IV et la fusée Ariane 5.

Sommaire

Liquéfaction du dihydrogène

Le chimiste et physicien écossais James Dewar fut le premier à parvenir, en 1899, à liquéfier l'hydrogène, en combinant le refroidissement mécanique du gaz avec une détente adiabatique. Son procédé fut amélioré par un autre chimiste et physicien, le Français Georges Claude[2], pour donner ce qu'on appelle depuis le cycle de Claude :

  • Cycle à l'azote : refroidissement à 80 K avec de l'azote liquide
  • Cycle à l'hydrogène : compressions et détentes successives pour refroidir le gaz, dont une partie est recyclée comme réfrigérant pour alimenter le cycle
  • Détente isenthalpique de Joule-Thomson pour liquéfier l'hydrogène à 20 K.

Un autre procédé, le cycle de Brayton, utilise l'hélium liquide (le seul gaz à se liquéfier une température inférieure à celle du dihydrogène) mélangé à l'argon (pour augmenter son poids moléculaire moyen afin de le rendre thermodynamiquement plus efficace dans les phases de refroidissement par compression).

L'énergie de liquéfaction théorique du dihydrogène (fonctionnement idéal) est d'environ 14 MJ/kg depuis la pression atmosphérique, c'est-à-dire 16 fois plus que pour liquéfier une masse équivalente de diazote.

Isomérie de spin du dihydrogène

Article principal : isomérie de spin du dihydrogène.

La molécule de dihydrogène connaît deux formes allotropiques :

  • le parahydrogène, dans lequel les deux noyaux sont de spin opposé
  • l'orthohydrogène, dans lequel les deux noyaux ont aligné leur spin

L'orthohydrogène représente 75 % des molécules à température ambiante, mais seulement 0,21 % à 20 K, la transition ortho → para étant exothermique (527 kJ/kg). Afin d'éviter qu'elle ne survienne pendant le stockage, et ne provoque l'ébullition d'une partie importante du gaz liquéfié (près de la moitié en dix jours si on laisse la conversion se faire naturellement), on réalise jusqu'à 95 % de la conversion ortho → para au moment de la liquéfaction à l'aide de catalyseurs tels que l'oxyde ferrique Fe2O3, le charbon actif, l'amiante platinée, les terres rares, des composés de l'uranium, l'oxyde chromique Cr2O3 ainsi que certains composés du nickel[3].

Notes et références

Articles connexes

Lien externe


Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Hydrogène liquide de Wikipédia en français (auteurs)

Regardez d'autres dictionnaires:

  • atmosphère de hydrogène liquide — drėgnojo vandenilio atmosfera statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. humid hydrogen atmosphere; wet hydrogen atmosphere vok. Feuchtwasserstoffatmosphäre, f rus. атмосфера влажного водорода, f pranc. atmosphère de hydrogène humide,… …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • HYDROGÈNE — L’hydrogène est un gaz inodore et incolore; c’est le plus léger de tous les éléments chimiques. Son numéro atomique est égal à 1. Il perd son électron unique dans ses combinaisons avec les éléments non métalliques; il s’unit également avec les… …   Encyclopédie Universelle

  • Hydrogene metallique — Hydrogène métallique L hydrogène métallique est une phase de l hydrogène qui survient lorsqu il est soumis à une très forte pression. C est un exemple de matière dégénérée. D aucuns estiment qu il y a un intervalle de pressions (autour de 400GPa) …   Wikipédia en Français

  • Hydrogène Métallique — L hydrogène métallique est une phase de l hydrogène qui survient lorsqu il est soumis à une très forte pression. C est un exemple de matière dégénérée. D aucuns estiment qu il y a un intervalle de pressions (autour de 400GPa) tel que l hydrogène… …   Wikipédia en Français

  • Hydrogène — ← Hydrogène → Hélium …   Wikipédia en Français

  • Hydrogene — Hydrogène Hydrogène ← Hydrogène → …   Wikipédia en Français

  • Hydrogène solide — Hydrogène Hydrogène ← Hydrogène → …   Wikipédia en Français

  • Hydrogène gazeux — Dihydrogène Dihydrogène Général Nom IUPAC dihydrogène Synonymes …   Wikipédia en Français

  • Hydrogène slush — L’Hydrogène slush (le mot anglais : « slush » signifie « neige fondante », soit un mélange solide et liquide), également appelé « hydrogène pâteux », est une combinaison d hydrogène liquide (LH2) et solide au… …   Wikipédia en Français

  • Hydrogène métallique — L hydrogène métallique est une phase de l hydrogène qui survient lorsqu il est soumis à une très forte pression. C est un exemple de matière dégénérée. D aucuns estiment qu il y a un intervalle de pressions (autour de 400 GPa) tel que l… …   Wikipédia en Français