Brevet FR3136781A1 — publié le 20231222

Procédé de production d’hydrogène, comprenant : le captage d’énergie électrique d’une différence de potentiel entre des première et deuxième zones chargées de l’atmosphère (3) ou entre l’une des première et deuxième zones chargées de l’atmosphère (3) et la terre (4), le captage étant réalisé avant la survenue d’un orage par déplacement d’au moins un élément de captage (2) comportant une surface conductrice d’électricité (5) dans l’atmosphère (3) ; la conduction par au moins un câble électrique (8) de l’énergie électrique captée par ladite surface conductrice d’électricité (5) vers au moins un électrolyseur (6) ; et la production d’hydrogène par l’électrolyseur (6) à partir d’eau et de l’énergie électrique captée. Figure pour l’abrégé : Fig 1 Procédé de production d’hydrogène La présente invention concerne, de manière générale, la production d’hydrogène et, plus particulièrement un procédé pour la production d’hydrogène. Le terme « hydrogène » fréquemment employé dans le langage courant désigne en réalité le dihydrogène, molécule composée de deux atomes d’hydrogène. Le dihydrogène peut être produit par électrolyse de l’eau traversée par un courant électrique. Son utilisation comme carburant représente un atout important dans le cadre de la transition énergétique et écologique puisque sa combustion ne produit que de l’eau. L’absence d’émission d’éléments carbonés polluants en fait une source d’énergie plus verte. Toutefois, sa production nécessite de l’énergie électrique, c’est-à-dire de l’énergie sous forme d’un courant électrique. La foudre est un phénomène naturel se produisant lors d’un temps orageux. Elle correspond à une décharge d’électricité provenant de l’atmosphère, induite par une différence de potentiel au sein d’un nuage, entre deux nuages ou encore entre un nuage et la terre. Il a été envisagé de récupérer l’énergie des décharges électriques au moment où la foudre tombe afin d’être utilisée par un consommateur pour son fonctionnement. Toutefois, la récupération de l’énergie provoque de fortes perturbations, dont des éclairs, ce qui endommage les différents composants du système dédié à la récupération de l’énergie électrique. En effet, lorsque la foudre tombe, la quantité d’énergie électrique est si importante, et se produit sur un temps si court, qu’aucun circuit électrique ne peut résister sans être détérioré. L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un procédé de production d’hydrogène tirant profit d’un phénomène naturel qu’est l’orage pour fournir l’énergie électrique nécessaire à l’électrolyse de l’eau sans émissions polluantes, tout en limitant les perturbations et les risques de dommages liés à la foudre. Il est donc proposé un procédé de production d’hydrogène, comprenant : le captage d’énergie électrique d’une différence de potentiel entre des zones première et deuxième zones chargées de l’atmosphère ou entre l’une des première et deuxième zones chargées de l’atmosphère et la terre, le captage étant réalisé avant la survenue d’un orage par déplacement d’un élément de captage comportant une surface conductrice d’électricité dans l’atmosphère ; la conduction par au moins un câble électrique de l’énergie électrique captée par ladite surface conductrice d’électricité vers au moins un électrolyseur ; et la production d’hydrogène par l’électrolyseur à partir d’eau et de l’énergie électrique captée. On pourra prévoir qu’une pluralité d’électrolyseurs soient reliés à la surface conductrice de l’élément de captage. Pour le captage d’énergie électrique d’une différence de potentiel entre des zones première et deuxième zones chargées de l’atmosphère, l’électrolyseur est avantageusement disposé entre les première et deuxième zones chargées de l’atmosphère. Pour le captage d’énergie électrique d’une différence de potentiel entre l’une des première et deuxième zones chargées de l’atmosphère et la terre, l’électrolyseur est avantageusement disposé entre ladite zone chargées de l’atmosphère et la terre. La réalisation de l’étape de captage avant la survenue de l’orage permet d’éviter la génération de perturbations et les risques de détérioration de l’électrolyseur, ou de la pluralité d’électrolyseurs, et de tout autre élément électrique connecté au système de production d’hydrogène. La réalisation de l’étape de captage avant que la foudre ne tombe rend ainsi possible l’exploitation d’une énergie naturelle largement disponible, sans perturbations et sans pollution. Avantageusement, le procédé peut comprendre la détection de la survenue d’un orage, le captage de l’énergie électrique étant réalisé avant la survenue de l’orage, de préférence entre plusieurs jours et plusieurs heures avant la survenue de l’orage. De préférence, l’élément de captage est déplacé en périphérique d’un cumulonimbus pour capter les particules chargées négativement et au centre du cumulonimbus pour capter les particules chargées positivement. De préférence, le sens de branchement de l’électrolyseur est adapté en fonction du sens de la différence de potentiel. Avantageusement, un disjoncteur peut être disposé entre le câble électrique et l’électrolyseur. La présence du disjoncteur permet de protéger l’électrolyseur qui peut alors fonctionner sans risques d’être détérioré, notamment lorsque des différences de potentiel présentes entre les zones chargées de l’atmosphère et la terre sont trop fortes. Contrairement à la majorité des systèmes électriques qui nécessitent une tension stable et bien définie, l’électrolyseur protégé par un disjoncteur peut fonctionner sur une large plage de tension. Selon une caractéristique, le déplacement de l’élément de captage peut être assisté par des moyens de guidage, tel qu’un drone ou un aéronef. De préférence, les moyens de guidage comprennent un organe de fixation à l’élément de captage électriquement isolant. Dans un mode de réalisation, l’électrolyseur peut être positionné sur un support mobile. Selon un mode de réalisation, le support mobile peut être un moyen de transport tel qu’un véhicule. Par exemple, le support mobile est un camion, un bateau ou encore un aéronef. De préférence, le câble électrique reliant l’élément de captage et l’électrolyseur est recouvert d’une gaine isolante. Selon un mode de réalisation, l’élément de captage peut être un ballon rempli d’air chaud ou de gaz plus léger que l’air recouvert au moins partiellement d’un matériau électriquement conducteur, par exemple une couche d’aluminium. De préférence, le procédé de production d’hydrogène comprend une étape de sondage précédant l’étape de captage et destinée à mesurer à partir d’un voltmètre la différence de potentiel dans l’atmosphère ou entre l’atmosphère et la terre avant la survenue d’un orage afin de déterminer si la différence de potentiel est suffisamment élevée pour faire fonctionner l’électrolyseur et suffisamment faible pour ne pas endommager l’électrolyseur. Le procédé de production d’hydrogène peut ainsi comprendre le captage d’énergie électrique d’une différence de potentiel formée entre un premier élément de captage relié à l’électrolyseur et positionné dans une première zone chargée positivement de l’atmosphère et un deuxième élément de captage également relié à l’électrolyseur et positionné dans une deuxième zone chargée négativement de l’atmosphère. D’autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et faite en référence au dessin annexé sur lequel : illustre un système de production d’hydrogène selon un mode de réalisation de l’invention. L’expression « au moins un » utilisée dans la présente description est équivalente à l’expression « un ou plusieurs ». La illustre un système de production d’hydrogène 1 pour la production d’hydrogène par électrolyse d’eau à l’aide d’un courant électrique. Le système de production d’hydrogène 1 comprend un ou plusieurs éléments de captage 2 configurés pour capter l’énergie électrique d’une différence de potentiel formée entre des première et deuxième zones chargées de l’atmosphère 3, ou formée entre l’une des première et deuxième zones chargées de l’atmosphère 3 et la terre 4. De préférence, l’élément de captage 2 est apte à flotter dans l’air tel que, par exemple un ballon ou un cerf-volant. L’élément de captage 2 peut être rempli d’air chaud ou rempli d’un gaz plus léger que l’air, par exemple de l’hydrogène ou de l’hélium. L’élément de captage 2 comporte une surface conductrice d’électricité 5, pouvant recouvrir tout ou partie de l’élément de captage 2, et permettant de capter l’énergie électrique provenant des différences de potentiel formées dans l’atmosphère 3 qu’elle traverse ou entre l’atmosphère 3 et la terre 4. Par captage, on entend la récupération d’énergie électrique par l’élément de captage 2, et plus particulièrement par la surface conductrice d’électricité 3. La surface conductrice 5 peut être, par exemple, une couche de matériau électriquement conducteur positionnée en surface de l’élément de captage 2. Le matériau électriquement conducteur de la surface conductrice 5 peut être un matériau métallique tel que, par exemple, l’aluminium. On pourra prévoir que la surface conductrice 5 de l’élément de captage 2 soit configurée de façon à pouvoir être arrangée dans une position pliée favorisant son rangement et son déplacement jusqu’à un lieu de captage d’énergie électrique, et dans une position déployée favorisant le captage. Dans l’exemple illustré, l’élément de captage 2 est un ballon en toile rempli d’air chaud ou de gaz plus léger que l’air, recouvert au moins partiellement d’une couche d’aluminium. La configuration du ballon confère à la fois une grande surface en contact avec les particules chargées présentes dans l’atmosphère 3, et une grande stabilité lors du déplacement du ballon. De plus, considérant sa faible masse et sa capacité de conduction électrique, l’aluminium est un matériau conducteur particulièrement avantageux. Le système de production d’hydrogène 1 comprend, en outre, un électrolyseur 6 disposé entre les première et deuxième zones chargées de l’atmosphère 3 ou disposé entre l’une des première et deuxième zones chargées de l’atmosphère 3 et la terre 4. Dans l’exemple illustré, l’électrolyseur est relié à la terre 4 et disposé entre l’atmosphère 3 et la terre 4. Par électrolyseur, on entend un dispositif comprenant un réacteur au sein duquel a lieu une réaction d’électrolyse, c’est-à-dire la formation de dihydrogène et de dioxygène à partir d’eau traversée par un courant électrique. L’électrolyseur 6 comprend avantageusement une arrivée d’eau 7 nécessaire à la réaction d’électrolyse. De préférence, le système de production d’hydrogène 1 inclut également une réserve d’eau (non visible sur la ) permettant d’approvisionner en eau l’arrivée d’eau 7. Le courant électrique, également nécessaire à la réaction d’électrolyse, est acheminé depuis la surface conductrice 5 jusqu’à l’électrolyseur 6 au sol par au moins un câble électrique 8. De préférence, le câble électrique 8 reliant la surface conductrice 5 et l’électrolyseur 6 est recouvert d’une gaine isolante lui permettant de traverser sans perturbation électrique les zones électriquement chargées de l’atmosphère 3. L’électrolyseur 6 est également relié à la terre 4 par un câble électrique 9. On pourra prévoir que le système de production d’hydrogène 1 comprenne une pluralité d’électrolyseur 6. On pourra également prévoir que le système de production d’hydrogène 1 comprenne plusieurs éléments de captage 2. L’invention concerne également un procédé de production d’hydrogène par électrolyse d’eau, comprenant une étape de captage d’énergie électrique provenant des différences de potentiel entre des zones chargées de l’atmosphère 3 et la terre 4. Par captage, on entend la récupération de particules électriquement chargées, en vue de l’acheminement vers l’électrolyseur 6 au sol. Le captage de l’énergie électrique nécessaire à la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau est réalisé avant que survienne un orage, lorsque l’orage se prépare. L’élément de captage 2 comportant la surface conductrice d’électricité 5 est déplacé de façon à ce que la surface conductrice 5 parcoure l’atmosphère 3, et notamment des zones chargées de l’atmosphère 3 présentes lorsqu’un orage se prépare. De préférence, l’élément de captage 2 se déplace au sein d’un cumulonimbus 10, nuage caractéristique se produisant lors d’un temps orageux. La récupération d’énergie électrique avant que ne se produise l’orage, et donc avant que la foudre ne survienne, permet de limiter les perturbations et les risques liées à la foudre. De préférence, la récupération de l’énergie électrique par captage est réalisée entre plusieurs heures et plusieurs jours avant la survenue de l’orage, et avant que ne se produise la foudre. A cet égard, le procédé de production d’hydrogène peut inclure, avantageusement, la détection de la survenue prochaine d’un orage, afin de pouvoir capter l’énergie électrique avant que l’orage ne se produise. La détection de la survenue prochaine d’un orage comprend par exemple une étape de suivi des prévisions météorologiques. Lorsqu’un orage à venir est détecté, l’élément de captage 2 est libéré dans l’atmosphère pour capter l’énergie électrique découlant de la différence de potentiel entre les zones chargées électriquement de l’atmosphère 3, liées à l’orage qui se prépare, et la terre 4. De préférence, le procédé de production d’hydrogène peut inclure une étape de sondage précédant l’étape de captage et destinée à mesurer la différence de potentiel dans l’atmosphère 3 ou entre l’atmosphère 3 et la terre 4 avant la survenue d’un orage. L’étape de sondage permet de déterminer si la différence de potentiel est suffisamment élevée pour faire fonctionner l’électrolyseur 6 et suffisamment faible pour ne pas endommager l’électrolyseur 6. A cet égard, le système de production d’hydrogène 1 peut comprendre un voltmètre pour mesurer la différence de potentiel. L’étape de sondage est réalisée par déplacement de la surface conductrice 5 dans l’atmosphère. Lorsqu’une différence de potentiel adéquate est mesurée, la surface conductrice 5 peut être positionnée en position déployée pour favoriser le captage d’énergie électrique et procéder à l’étape de captage. De préférence, pour capter l’énergie électrique, l’élément de captage 2 est déplacé en périphérique du cumulonimbus 10 pour capter les particules chargées négativement et au centre du cumulonimbus 10 pour capter les particules chargées positivement. L’énergie électrique ainsi captée par la surface conductrice d’électricité 5 est acheminée par le câble électrique 8 vers l’électrolyseur 6, qui est relié à la terre 4, et l’électrolyseur 6 produit de l’hydrogène à partir d’eau et de l’énergie électrique captée. Avantageusement, le sens de branchement de l’électrolyseur 6 peut être adapté en fonction du sens de la différence de potentiel. Le branchement de l’électrolyseur dépend de la zone parcourue par l’élément de captage 2. Il est susceptible de parcourir une zone d’ions positifs, généralement en bordure du cumulonimbus, ou une zone d’ions négatifs au centre de celui-ci. Le sens de la différence de potentiel peut être testé régulièrement, à partir d’un voltmètre, afin d’adapter le sens de branchement de l’électrolyseur 6. A cet égard, on pourra prévoir que le système de production d’hydrogène 1 comprenne un voltmètre et des moyens de basculement automatique du sens de branchement de l’électrolyseur 6. L’étape de captage de l’énergie électrique par la surface conductrice 3 peut provoquer des éclairs plus ou moins importants et entraîner des dommages du système de production d’hydrogène 1. Un disjoncteur 11 est donc, de préférence, positionné entre l’électrolyseur 4 et le câble électrique 8 reliant l’électrolyseur 4 et la surface conductrice d’électricité 3. De plus, le déplacement de l’élément de captage 2 dans l’atmosphère 3 est, de préférence, assisté par des moyens de guidage 12 tel qu’un drone, afin de chercher plus efficacement les zones chargées d’ions positifs ou négatifs de l’atmosphère 3, et notamment du cumulonimbus 10. Les moyens de guidage 12 peuvent comprendre un organe de fixation 13 à l’élément de captage 2, tel qu’un bras de fixation. De préférence, l’organe de fixation 13 est électriquement isolant pour limiter les risques de dommages du système de production d’hydrogène 1 liées aux éclairs pouvant se produire lors de l’étape de captage de l’énergie électrique par la surface conductrice 3 de l’élément de captage 2. Avantageusement, l’organe de fixation 13 peut être configuré pour pouvoir être désolidarisé de l’élément de captage 2. Comme cela est illustré, l’électrolyseur 6 peut être positionné sur un support 14. Le support 14 peut être fixe ou mobile. De préférence, le support 14 est mobile afin de pouvoir déplacer l’électrolyseur 6, l’élément de captage 2 et la réserve d’eau alimentant l’arrivée d’eau 7 de l’électrolyseur 6, dans les zones orageuses et électriquement chargées de l’atmosphère 3. Le support 14 peut être un moyen de transport, tel qu’un véhicule. Le support 14 est, par exemple, un camion, un bateau ou encore un aéronef. Dans un mode de réalisation où le support 14 est un bateau, on pourra prévoir que l’arrivée d’eau 7 soit approvisionnée par l’eau sur lequel navigue le bateau. Afin de faciliter le déplacement de l’élément de captage 2 et l’accès de ce dernier à différentes zones de l’atmosphère 3, le système de production d’hydrogène 1 peut comprendre un dérouleur 15 de câble électrique pour le capable électrique 8 reliant la surface conductrice d’électricité 3 et l’électrolyseur 6. Le dérouleur de câble électrique 15 peut être disposé sur le support 14. On pourra prévoir que l’électrolyseur 6 soit relié à une unité de stockage d’hydrogène. Dans un mode de réalisation alternatif, l’électrolyseur 6 peut être disposé entre des première et deuxième zones électriquement chargées de l’atmosphère 3. Un premier élément de captage 2 relié à l’électrolyseur 6 est destiné à être positionné dans une première zone chargée positivement de l’atmosphère 3 et un deuxième élément de captage 2 également relié à l’électrolyseur 6 est destiné à être positionné dans une deuxième zone chargée négativement de l’atmosphère 2 afin de capter l’énergie électrique d’une différence de potentiel formée entre les première et deuxième zones chargées. Le procédé de production d’hydrogène peut ainsi comprendre le captage d’énergie électrique d’une différence de potentiel formée entre un premier élément de captage 2 relié à l’électrolyseur 6 et positionné dans une première zone chargée positivement de l’atmosphère 2 et un deuxième élément de captage 2 également relié à l’électrolyseur 6 et positionné dans une deuxième zone chargée négativement de l’atmosphère 3. Selon un exemple, les premier et deuxième éléments de captage 2 peuvent chacun être dirigé dans l’atmosphère par un moyen de guidage 12. Dans ce cas, chaque moyen de guidage 12 peut être, par exemple, un aéronef. On pourra prévoir que les aéronefs dirigeant les premier et deuxième éléments de captage 2 soient des aérostats. Selon un exemple, l’électrolyseur 6 peut être positionné au sol. Selon un autre exemple, le moyen de guidage 12 de l’un des premier et deuxième éléments de captage 2 et le support 14 de l’électrolyseur 6 peuvent être formés par une même structure, par exemple un aéronef. La structure formée, par exemple, par un aéronef peut comprendre une unité de stockage d’hydrogène relié à l’électrolyseur 6. Les premier et deuxième éléments de captage 2 sont, avantageusement, chacun relié à l’électrolyseur 6 par un câble électrique. Il est alors possible de faire parcourir le cumulonimbus 10 à l’élément de captage 2, de plusieurs heures à plusieurs jours avant l’orage, de façon à ne pas générer trop de perturbations, afin de récupérer l’énergie électrique des différences de potentiel présentes, avant que la foudre ne survienne, et en tirer profit pour produire de l’hydrogène. Le procédé de production d’hydrogène est efficace et peut être facilement mis en œuvre, à partir de peu d’éléments de structure. Malgré la fréquence faible d’apparition d’orage, la quantité d’énergie électrique pouvant être récupérée à partir des différences de potentiel rend le procédé de production d’hydrogène particulièrement rentable en termes de quantité d’hydrogène produite. La récupération de l’énergie électrique à partir de différences de potentiel entre des zones chargées présentes dans l’atmosphère ou entre une zone chargée de l’atmosphère et la terre, avant la survenue d’un orage, permet de produire de l’hydrogène. L’hydrogène ainsi produit peut être stocké et, optionnellement, transporter pour son utilisation comme source d’énergie verte à un endroit différent de l’endroit de sa production. Procédé de production d’hydrogène, comprenant : le captage d’énergie électrique d’une différence de potentiel entre des première et deuxième zones chargées de l’atmosphère (3) ou entre l’une des première et deuxième zones chargées de l’atmosphère (3) et la terre (4), le captage étant réalisé avant la survenue d’un orage par déplacement d’au moins un élément de captage (2) comportant une surface conductrice d’électricité (5) dans l’atmosphère (3) ; la conduction par au moins un câble électrique (8) de l’énergie électrique captée par ladite surface conductrice d’électricité (5) vers au moins un électrolyseur (6) ; et la production d’hydrogène par l’électrolyseur (6) à partir d’eau et de l’énergie électrique captée. Procédé selon la revendication 1, comprenant la détection de la survenue d’un orage, le captage de l’énergie électrique étant réalisé avant la survenue de l’orage, de préférence entre plusieurs jours et plusieurs heures avant la survenue de l’orage. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant une étape de sondage précédant l’étape de captage et destinée à mesurer à partir d’un voltmètre la différence de potentiel entre les première et deuxième zones chargées de l’atmosphère (3) ou entre l’une des première et deuxième zones chargées de l’atmosphère (3) et la terre (4) avant la survenue d’un orage afin de déterminer si la différence de potentiel est suffisamment élevée pour faire fonctionner l’électrolyseur (6) et suffisamment faible pour ne pas endommager l’électrolyseur (6). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément de captage (2) est déplacé en périphérique d’un cumulonimbus (10) pour capter les particules chargées négativement et au centre du cumulonimbus (10) pour capter les particules chargées positivement. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le sens de branchement de l’électrolyseur (6) est adapté en fonction du sens de la différence de potentiel. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un disjoncteur (11) est disposé entre le câble électrique (8) et l’électrolyseur (6). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le déplacement de l’élément de captage (2) est assisté par des moyens de guidage (12), tel qu’un drone ou un aéronef. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’électrolyseur (6) est positionné sur un support mobile (14), tel qu’un camion, un bateau ou un aéronef. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le câble électrique (8) reliant l’élément de captage (2) et l’électrolyseur (6) est recouvert d’une gaine isolante. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant le captage d’énergie électrique d’une différence de potentiel formée entre un premier élément de captage (2) relié à l’électrolyseur (6) et positionné dans une première zone chargée positivement de l’atmosphère (3) et un deuxième élément de captage (2) également relié à l’électrolyseur (6) et positionné dans une deuxième zone chargée négativement de l’atmosphère (3).