Accidentologie. Hydrogène et mobilité : pour un développement en sécurité

Développement des usages

En France les chariots élévateurs approvisionnés en hydrogène qui alimente une pile à combustible ont déjà fait leur apparition chez certains industriels depuis de nombreuses années. Pour le reste, si aujourd’hui peu de constructeurs automobiles commercialisent des voitures « légères », les projets s’intensifient sur les véhicules « lourds ». Plusieurs villes ont introduit l’hydrogène dans leur réseau de bus (Pau, Houdain, Versailles…), d’autres l’ont acté (Dijon, Montpellier, Auxerre, Toulon…).

Des camions seront bientôt mis en circulation dans le sud-est de la France grâce au projet de construction d’une station haute pression spécifique à Fos-sur-Mer.

Le ferroviaire ne devrait pas être en reste, à la suite de l’annonce de la SNCF le 8 avril 2021 de la commande de quatorze trains régionaux à hydrogène, dont les premiers essais de circulation devraient avoir lieu en 2023. L’exploitation commerciale de trains similaires connaît un vif succès en Basse-Saxe allemande depuis 2018. Un an plus tôt, la Chine inaugurait le premier tramway alimenté à l’hydrogène au monde.

De nombreuses annonces ont également été faites concernant le transport fluvial et maritime à hydrogène avec, comme fer de lance, le tour du monde réalisé par le bateau Energy Observer.

Et que dire de l’avion à hydrogène dont le premier vol est annoncé pour 2035 ?

Des risques et des accidents

Le développement des technologies de production de l’hydrogène, ainsi que de nouveaux usages, représente une opportunité aussi bien d’accélération de la transition écologique que de création d’une filière industrielle. Son essor devra prendre en compte les avantages et les inconvénients des différentes filières de production au vu des émissions de CO₂ équivalent, du coût de production, de l’efficacité énergétique et du prix à la pompe.

Si l’atteinte des différents objectifs nécessite une transformation en profondeur de la société, de l’économie et des comportements, elle ne doit pas faire oublier les risques liés à l’utilisation de l’hydrogène.

Alors que la France affiche ses objectifs, le Bureau d’analyse des risques et pollutions industriels (Barpi) présente trois événements survenus dans le monde en 2019, issus de sa base Aria. Chacun d’eux s’est produit lors d’une étape clé du cycle de vie de l’hydrogène pour les usages de demain :

• production d’hydrogène renouvelable ou bas-carbone (Aria n° 53902);
• acheminement (Aria n° 53903);
• usage via une station de distribution (Aria n° 53772).

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Explosion d’hydrogène dans une station service en Norvège.
Aria n°53772
Crédit : Bærum Fire department

Que ce soit pour des industries aux procédés éprouvés ou pour des applications nouvelles comme la mobilité, les risques liés aux propriétés physico-chimiques de l’hydrogène restent inchangés.

Concernant les procédés industriels, l’analyse de la base Aria de 377 événements (français ou étrangers) impliquant de l’hydrogène (produit ou généré accidentellement), en rappelle les dangers. Ainsi, 72 % des phénomènes engendrés sont des incendies et/ou explosions. 28 % concernent des fuites d’hydrogène non enflammées ou des contraintes engendrées par l’hydrogène sur les matériaux, sans conséquence humaine.

Nota : Chiffres concernant l’ensemble de la base Aria arrêtés au 1^er janvier 2021 et dont le plus ancien événement recensé remonte à 1921

Les incendies et/ou explosions sont souvent associés à des conséquences humaines. Ces phénomènes ont été identifiés dans 158 événements parmi les 251 événements répertoriés en France. Sept d’entre eux ont causé la mort d’au moins une personne et 46 des blessés.

Outre la réglementation relative au stockage de l’hydrogène dans les installations classées pour la protection de l’environnement (ICPE), la conception et l’exploitation des stations de distribution d’hydrogène sont encadrées par l’arrêté du 22 octobre 2018.

Les propriétés de l’hydrogène

L’hydrogène se distingue des autres gaz combustibles par plusieurs aspects, facilitant ou complexifiant la maîtrise des risques.

• Promptitude à fuir. Composée du plus petit atome de l’univers, plus léger que l’air, de faible viscosité et à grande perméation, la molécule d’H₂ possède tous les atouts pour s’échapper de son contenant. Si l’hydrogène pourra se disperser rapidement dans l’air libre, il est important de prévoir un système de détection adéquat et une circulation d’air naturelle ou mécanique afin d’éviter son accumulation dans les zones confinées. Les vannes d’isolement, joints, organes de raccordement et leur mode et couple de serrage doivent faire l’objet d’une attention particulière. L’hélium, inerte et à la taille moléculaire proche de celle de l’H₂, peut être utilisé pour tester l’étanchéité des installations.
• Dégrade les métaux et les alliages. La fragilisation et l’attaque par l’hydrogène peuvent provoquer, à terme, des fuites ou des ruptures d’équipements. Les analyses de risques lors des phases de conception ne sont pas à négliger, tout comme les procédures d’entretien et de maintenance.
• Extrêmement inflammable. Son énergie minimale d’inflammation dans l’air (17 µJ) est plus de 10 fois inférieure à celle du propane ou de l’essence. Cette énergie peut être obtenue par des décharges électrostatiques d’origine humaine. Dans l’oxygène pur (cas des électrolyseurs), l’énergie nécessaire est seulement de 3 μJ. Des procédures d’inertage dans les phases critiques (démarrage/arrêt y compris arrêt d’urgence) ainsi que des dispositifs d’arrêt des compresseurs permettent de réduire le risque de mélange hydrogène/air (ou oxygène pur). La flamme d’hydrogène rayonne peu et est quasiment invisible le jour, complexifiant l’intervention des secours. Du fait de sa faible radiation, le risque de propagation du feu par effet thermique dû au rayonnement est en revanche limité.
• Très explosif. Compris entre 4 % et 75 % en volume d’hydrogène dans l’air, le domaine d’explosivité de l’hydrogène est 10 fois plus important que celui du propane. Brûlant 7 fois plus rapidement que ce gaz, le régime de détonation est favorisé. La formation de l’onde de choc varie en fonction de la géométrie du confinement, de l’énergie d’inflammation et du mélange avec le comburant. À l’air libre ou en cas de bonne aération, la faible densité de l’hydrogène permet sa rapide dispersion à l’inverse des nombreux gaz inflammables plus lourds que l’air (propane, butane…).
• Un stockage nécessitant des pressions très élevées pour permettre d’emmagasiner une quantité suffisante d’énergie.

Article extrait du n° 574 de Face au Risque : « Hydrogène et mobilité : pour un développement en sécurité » (juillet-août 2021).