Hydrogène H

Découverte

On avait remarqué l'existence d'un gaz inflammable bien avant de le comprendre. En 1671, Robert Boyle rapporta que de la limaille de fer plongée dans un acide dilué dégageait un gaz qui brûlait facilement, mais il ne le considéra pas comme une substance à part.

L'étape décisive eut lieu en 1766, lorsque le savant anglais Henry Cavendish prépara soigneusement ce gaz à partir de métaux et d'acides, mesura sa légèreté et le décrivit comme une sorte d'air distincte, qu'il nomma « air inflammable ». Vers 1781, il montra que sa combustion produisait de l'eau, résultat qui contribua à renverser la vieille idée selon laquelle l'eau était un élément.

Antoine Lavoisier refit les expériences sur l'eau et donna au gaz son nom moderne en 1783. La même année, Jacques Charles fit voler à Paris le premier ballon à hydrogène. En 1931, Harold Urey détecta une forme plus lourde d'hydrogène, le deutérium, travaux qui lui valurent le prix Nobel de chimie 1934.

Origine du nom

Le nom vient du grec hydro (eau) et genes (qui engendre) : hydrogène signifie littéralement « qui forme l'eau », en référence à la découverte de Cavendish et de Lavoisier selon laquelle sa combustion produit de l'eau. C'est Lavoisier lui-même, en France, qui forgea le mot « hydrogène ». Le symbole H est simplement la première lettre du nom.

Principales utilisations

• Production d'ammoniac : le procédé Haber-Bosch, qui combine l'hydrogène à l'azote pour fabriquer des engrais, en est de loin la première utilisation.
• Raffinage du pétrole : l'hydrogène élimine le soufre des carburants et fractionne les pétroles lourds en produits plus légers.
• Chimie et alimentation : c'est une matière première du méthanol, et il sert à durcir les huiles végétales.
• Énergie : les piles à combustible transforment l'hydrogène et l'oxygène en électricité en ne rejetant que de l'eau, et l'hydrogène liquide est depuis longtemps un ergol de fusée.
• Industrie : il sert de fluide de refroidissement dans les grands alternateurs et d'atmosphère réductrice en métallurgie.

Aujourd'hui, la majeure partie de l'hydrogène est produite à partir de gaz naturel ; le fabriquer en décomposant l'eau grâce à de l'électricité renouvelable, ce qu'on appelle l'hydrogène vert, est un objectif majeur de la transition énergétique.

Isotopes

L'hydrogène est le seul élément dont les isotopes portent des noms propres. L'hydrogène ordinaire, le protium (1H), ne possède pas de neutron et représente plus de 99,98 % de l'hydrogène naturel. Le deutérium (2H ou D) porte un neutron et est lui aussi stable ; environ un atome d'hydrogène sur 6 400 est un atome de deutérium. L'eau lourde (D2O) sert de modérateur de neutrons dans certains réacteurs nucléaires, et les solvants deutérés sont la norme en spectroscopie RMN.

Le tritium (3H) est radioactif, avec une demi-vie d'environ 12,3 ans. Il éclaire les panneaux de sortie autonomes et les cadrans de montres, sert de traceur pour dater les eaux souterraines et constitue, avec le deutérium, le combustible prévu des réacteurs à fusion.

Dans la vie quotidienne

Chaque molécule d'eau contient deux atomes d'hydrogène, et l'hydrogène représente environ un dixième de la masse du corps humain. Il est présent dans les graisses, les sucres, les protéines et l'ADN, et ce sont des liaisons hydrogène qui maintiennent ensemble les deux brins de l'ADN.

Le gaz lui-même est incolore, inodore et bien plus léger que l'air. Il brûle dans l'air sur une très large plage de concentrations, d'environ 4 à 75 %, et sa flamme est presque invisible en plein jour : les fuites exigent donc une manipulation prudente. La catastrophe du Hindenburg, en 1937, mit fin à l'ère des dirigeables de passagers gonflés à l'hydrogène.