Peut-on produire de l’hydrogène à inhaler chez soi ? Pourquoi les kits d’électrolyse DIY sont une mauvaise idée
Si vous avez regardé une vidéo sur l’électrolyse « HHO » ou de l’eau salée faite maison et que vous vous êtes demandé si le même montage avec un bocal et des fils pouvait alimenter une canule nasale pour une séance d’inhalation d’hydrogène, la réponse directe est non : une cellule d’électrolyse élémentaire ne produit pas un flux gazeux qui soit sûr ou approprié à respirer, et les raisons n’ont rien à voir avec la puissance de la batterie ni avec le nombre de bulles qui se forment aux électrodes. Ce qui détermine réellement si le gaz produit peut être respiré, c’est l’électrolyte ajouté pour rendre l’eau ordinaire conductrice de l’électricité, ainsi que le comportement physique de l’hydrogène lui-même une fois qu’il quitte la cellule. Ces deux facteurs jouent contre un montage ouvert et improvisé, d’une manière qu’une machine fermée, conçue à cet effet, est précisément prévue pour éviter.
- L’eau pure conduit à peine l’électricité : les kits DIY ajoutent donc du sel ou de la soude caustique à l’eau, et cet additif se retrouve dans le flux gazeux ; il ne sert pas uniquement à faciliter le passage du courant.
- Une cellule à eau salée produit du chlore en même temps que de l’hydrogène : c’est un résultat chimique prévisible, pas un dysfonctionnement occasionnel.
- Une cellule à base de soude caustique évite le chlore, mais nécessite de manipuler une solution caustique concentrée : un danger en remplace un autre.
- L’hydrogène lui-même est inflammable avec une énergie d’inflammation très faible, quel que soit l’électrolyte utilisé pour le produire.
- Une machine PEM (à membrane échangeuse de protons) traite ces problèmes par sa conception, en séparant les flux gazeux dans une cellule fermée alimentée en eau purifiée plutôt qu’en eau salée ou en soude caustique.
Ce que sépare réellement un kit d’électrolyse domestique
L’électrolyse utilise un courant électrique pour séparer l’eau au niveau de deux électrodes : l’hydrogène se forme à l’une, l’oxygène à l’autre. Cette réaction est bien réelle et véritablement simple. Le problème, c’est que l’eau pure conduit mal l’électricité : laissée à elle-même, une cellule remplie d’eau ordinaire laisse passer très peu de courant et produit du gaz au ralenti. C’est précisément pour cette raison que les vidéos DIY et HHO ajoutent du sel de table ou une solution de soude caustique (hydroxyde de sodium ou de potassium) à l’eau avant d’allumer l’appareil : les ions dissous transportent le courant et accélèrent considérablement la réaction.
Cette facilité a un coût sur lequel les vidéos s’attardent rarement. Dès qu’un électrolyte est présent dans l’eau, les électrodes ne se contentent plus de séparer H2O. Elles réagissent aussi avec les ions apportés par l’électrolyte, et les substances qui se dégagent des électrodes dépendent de l’électrolyte choisi. Avant de diriger quoi que ce soit vers votre visage, la question à se poser n’est pas « est-ce que cela produit de l’hydrogène ? », car c’est bien le cas, mais « qu’est-ce que cela produit d’autre en même temps que l’hydrogène ? »
Pourquoi une cellule à eau salée produit du chlore, et pas seulement de l’hydrogène
Lorsque l’électrolyte est du sel de table ordinaire (chlorure de sodium), la réaction chimique prend une direction précise et bien documentée. À l’anode, les ions chlorure sont oxydés en chlore gazeux, au lieu que l’eau soit elle-même oxydée en oxygène, tandis que l’hydrogène et les ions hydroxyde continuent de se former à la cathode comme auparavant (source : Procédé chlore-alcali, Wikipédia). Il s’agit de la même réaction chlore-alcali que celle utilisée intentionnellement dans les usines pour fabriquer du chlore et de l’hydroxyde de sodium, mais qui se produit ici accidentellement dans un bocal. Une cellule d’électrolyse à eau salée est donc un réacteur qui produit trois substances : de l’hydrogène, du chlore et de l’hydroxyde de sodium dissous. Un autre résumé du procédé décrit l’électrolyse traditionnelle de l’eau salée comme produisant du « chlore toxique et corrosif » en sous-produit direct, contrairement à l’électrolyse réalisée avec de l’eau pure ou déionisée (source : Électrolyse de l’eau, Wikipédia).
Le chlore n’est pas un contaminant à l’état de traces qu’on pourrait raisonnablement ignorer. Les limites d’exposition professionnelle le considèrent comme dangereux à des concentrations inférieures à une partie par million : l’Institut national américain pour la sécurité et la santé au travail fixe une limite de 0,5 ppm sur 15 minutes, l’OSHA fixe la sienne à 1 ppm, et une concentration de 10 ppm est considérée comme présentant un danger immédiat pour la vie ou la santé (source : NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards : Chlorine). Un bocal d’eau salée qui bouillonne, alimenté par une tension électrique de bricolage ne permet ni de mesurer ni de contrôler la quantité de chlore qui se mélange au gaz libéré, et aucun filtre de canule ne peut transformer cette incertitude en une valeur connue et sûre.
Quels effets l’inhalation de chlore gazeux a-t-elle sur les yeux, le nez et les poumons ?
Même une exposition de courte durée provoque une sensation de brûlure dans les yeux, le nez, la bouche et la gorge, ainsi que de la toux ; une exposition plus importante peut entraîner un œdème pulmonaire, une accumulation de liquide dans les poumons qui constitue une urgence médicale (source : NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards : Chlorine). Il n’est pas nécessaire qu’il y ait une fuite importante pour que cela se produise. Il suffit d’avoir choisi un électrolyte qui n’a jamais été destiné à être respiré directement.
Pourquoi un montage à la soude caustique élimine le risque lié au chlore, mais en ajoute un autre
Certains montages DIY remplacent le sel par une solution concentrée d’hydroxyde de potassium ou de sodium, souvent à une concentration de 25 à 40 % en masse (source : Électrolyse de l’eau, Wikipédia). Comme c’est l’hydroxyde, et non le chlorure, qui transporte le courant dans ce cas, cette version ne produit pas de chlore gazeux. Il est important de le préciser plutôt que de présenter la soude caustique comme une simple variante imprécise du même problème : la chimie est réellement différente.
En revanche, l’électrolyte ne disparaît pas. Une solution aussi concentrée est un produit fortement caustique, de la même catégorie que les produits de débouchage, et elle attaque la peau, les yeux et les muqueuses au contact. Dans une cellule ouverte ou improvisée, des gouttelettes ou de la brume peuvent être entraînées dans la conduite de gaz avec l’hydrogène, transformant un danger chimique en risque d’inhalation et de contact précisément à l’endroit où le gaz est censé atteindre le nez d’une personne. Remplacer le sel par de la soude caustique revient à échanger un problème de gaz toxique contre un problème de manipulation d’un produit caustique ; cela ne donne pas un montage dont on peut simplement respirer le gaz en toute sécurité.
Les risques d’incendie et d’explosion propres à l’hydrogène, indépendamment de l’électrolyte
Même une cellule qui parviendrait à éviter à la fois le chlore et les projections caustiques produirait toujours de l’hydrogène, et celui-ci présente des problèmes de manipulation qui n’ont rien à voir avec l’électrolyte utilisé pour le produire. Sa plage d’inflammabilité dans l’air va d’environ 4 % à 75 % en volume, avec une plage de détonation plus étroite, autour de 18,3 à 59 %, et, en pratique, une inflammation peut se produire en dehors de ces valeurs nominales en présence de turbulences (source : Sécurité de l’hydrogène, Wikipédia). Cette plage est exceptionnellement large par rapport à celle de la plupart des gaz inflammables, ce qui augmente les chances qu’un mélange accidentel s’y trouve.
L’hydrogène s’enflamme également facilement : son énergie minimale d’inflammation est d’environ 0,02 millijoule, l’une des plus faibles parmi toutes les substances connues, soit environ un dixième de celle nécessaire à un mélange essence-air (source : Sécurité de l’hydrogène, Wikipédia). Une décharge électrostatique ou une étincelle trop petite pour être remarquée suffit. Ajoutez à cela le fait que l’hydrogène est plus léger que l’air et s’accumule près des plafonds et sous les avancées, plutôt que de se disperser vers le bas, ainsi que le fait qu’une fuite qui s’enflamme dans une pièce fermée risque davantage de provoquer une explosion qu’une flamme confinée (source : Sécurité de l’hydrogène, Wikipédia), et le constat est clair : une cellule d’électrolyse ouverte laissée en marche sans surveillance dans une chambre ou une salle de bains produit un gaz qui laisse réellement très peu de marge d’erreur, en plus des risques liés à l’électrolyte lui-même.
Ce qu’une machine PEM fait différemment
Une cellule à membrane échangeuse de protons (PEM) traite simultanément les problèmes liés au chlore, aux produits caustiques et au mélange incontrôlé, par sa conception et non par chance. La membrane conduit les protons tout en jouant physiquement le rôle d’isolant et de barrière entre les réactifs ; l’hydrogène et l’oxygène se forment donc de part et d’autre, au lieu de remonter ensemble sous forme de bulles dans un seul récipient ouvert (source : Électrolyse de l’eau, Wikipédia). Comme la membrane elle-même est sensible aux ions dissous, les systèmes PEM sont conçus pour fonctionner avec de l’eau d’alimentation propre et dessalée plutôt qu’avec de l’eau salée ou de la soude caustique ; les ions étrangers dégradent la membrane au lieu de simplement ajouter un sous-produit, c’est pourquoi les électrolyseurs PEM ont besoin d’eau dessalée par nécessité pratique, et non par préférence (source : Électrolyse de l’eau, Wikipédia).
C’est le mécanisme utilisé par des machines comme l’Appareil d’inhalation d’hydrogène Hydrion Zenith. Sa fiche produit indique une pureté d’hydrogène de 99,99 %, une électrolyse PEM avec une membrane protonique recouverte de platine, une alimentation en eau distillée ou purifiée dont la teneur totale en matières dissoutes est inférieure à 3 ppm, ainsi qu’une plage de débit réglable de 300 à 1 800 ml/min sur sept réglages. Il s’agit des spécifications du fabricant, et non de résultats d’essais indépendants en laboratoire, mais elles restent le même type d’informations que celles qu’une fiche technique fournit pour n’importe quel équipement ; elles contrastent directement avec une cellule ouverte qui produit ce que donne une réaction non contrôlée.
Pour en savoir plus sur le fonctionnement général de la technologie à membrane, notre explication de l’électrolyse PEM dans les gourdes d’eau hydrogénée présente le même principe de séparation à une échelle plus réduite, et l’article sur l’importance de la qualité de la membrane pour la qualité du résultat explique pourquoi une cellule ouverte ne peut pas égaler ce qu’un système à membrane fermé est conçu pour faire.
Pourquoi « c’est techniquement de l’hydrogène » ne signifie pas « qualité inhalation »
Un flux gazeux provenant d’un bocal d’eau salée ou de soude caustique peut contenir de l’hydrogène, mais il peut aussi entraîner des traces de chlore, une brume caustique ou un mélange non mesuré d’hydrogène et d’oxygène que personne n’a vérifié avant qu’il n’atteigne un tuyau. C’est fondamentalement différent d’un gaz dont la pureté est indiquée et qui est produit par un équipement conçu pour éviter précisément ces problèmes. Le véritable choix ne se résume pas ici à préférer le « DIY » ou un produit « acheté en magasin » ; il s’agit de choisir entre improviser une petite expérience de chimie à l’intérieur et utiliser un équipement dont les caractéristiques sont définies, qui a été testé par son fabricant et qui est conçu pour une seule tâche : produire un gaz inhalable à un débit connu.
Cela dit, les spécifications ne remplacent pas le bon sens. Un détecteur d’hydrogène domestique et une attention raisonnable à la ventilation restent des précautions avisées avec tout équipement à hydrogène, qu’il soit fait maison ou fabriqué, précisément parce que le profil d’inflammabilité propre à l’hydrogène ne change pas selon la provenance du gaz. Si vous souhaitez comprendre comment fonctionnent réellement les détecteurs et les calculs de ventilation, plutôt que de vous fier à des précautions générales, notre article sur le fonctionnement des capteurs des détecteurs d’hydrogène et notre analyse des limites de ventilation selon le volume d’une pièce entrent dans le détail. Et si la question de la sécurité est réglée et que vous cherchez quelle machine conçue à cet effet convient à votre installation, notre comparatif du Zenith et du Titan est la suite logique. Pour comprendre les bases de l’inhalation d’hydrogène avant d’aborder tout cela, notre guide de l’inhalation d’hydrogène pour débutants est un bon point de départ.
Cet article explique ce que produit réellement l’électrolyse domestique ; il ne s’agit pas d’un guide de fabrication et rien dans ce texte ne doit être interprété comme des instructions pour assembler ou faire fonctionner une cellule à gaz DIY.