Y a-t-il de l’hydrogène dans l’air ? Teneurs naturelles et appareil

Oui, l’air que vous respirez contient de l’hydrogène, mais seulement à l’état de trace : l’hydrogène moléculaire (H₂) représente environ 0,53 partie par million de l’atmosphère sur une base molaire, ce qui signifie que, sur deux millions de molécules d’air autour de vous, une seule environ est une molécule de H₂ (source : Hydrogen - Wikipedia). Cette proportion constitue une valeur de fond stable, plutôt qu’une donnée qui varie d’une ville à l’autre ou d’un jour à l’autre, et elle est très inférieure au débit de gaz qu’un appareil d’inhalation d’hydrogène peut produire à la demande : c’est cette comparaison que nous allons examiner dans cet article.

• L’air ambiant contient environ 0,53 ppm d’hydrogène moléculaire, qui fait partie des autres gaz traces de l’atmosphère, comme l’hélium, le néon, le méthane et le krypton.
• Cette proportion reste faible au lieu d’augmenter avec le temps, car la faible masse de l’hydrogène lui permet de s’échapper dans l’espace plus rapidement que les gaz atmosphériques plus lourds.
• Un appareil d’inhalation d’hydrogène ne concentre pas l’hydrogène déjà présent dans l’air ambiant : il produit du H₂ frais à partir d’eau par électrolyse. C’est pourquoi son débit se mesure en ml/min, et non en concentration (ppm).

Quelle quantité d’hydrogène contient réellement l’air que vous respirez ?

L’atmosphère terrestre est composée en très grande majorité d’azote et d’oxygène, l’argon et le dioxyde de carbone constituant l’essentiel du reste. L’hydrogène est loin d’être présent dans de telles proportions. Il fait partie du petit groupe des gaz traces, qui comprend aussi l’hélium, le néon, le méthane et le krypton, tous présents en quantités trop faibles pour apparaître sur un graphique de composition de base (source : What's in the Air? - UCAR Center for Science Education). Au sein de ce groupe de gaz traces, la proportion mesurée d’hydrogène moléculaire est d’environ 0,53 partie par million sur une base molaire. Cette valeur provient de données sur la composition de l’atmosphère, et non de mesures propres à un lieu ou à un régime météorologique particulier (source : Hydrogen - Wikipedia).

Que signifie concrètement « parties par million » ?

Une concentration exprimée en parties par million décrit un rapport, et non une quantité que l’on pourrait recueillir. Une demi-part par million signifie que, si vous pouviez compter toutes les molécules d’un échantillon de deux millions de molécules, une seule environ serait du H₂; les 1 999 999 autres seraient de l’azote, de l’oxygène, de l’argon, de la vapeur d’eau et le reste du mélange. Ce rapport explique pourquoi l’affirmation « il y a de l’hydrogène dans l’air » est à la fois techniquement vraie et trompeuse en pratique : elle ne fait pas la distinction entre un gaz présent en quantité significative et un autre qui n’est guère plus qu’une erreur d’arrondi dans le mélange global.

Pourquoi cette quantité infime ne s’accumule-t-elle pas avec le temps ?

On peut raisonnablement se demander pourquoi un gaz produit en permanence sur Terre, y compris par des processus biologiques, ne s’accumule pas lentement jusqu’à atteindre des quantités plus importantes au fil des temps géologiques. La réponse tient à sa masse. L’hydrogène est l’élément le plus léger qui soit, et cette faible masse permet aux molécules de H₂ d’atteindre la vitesse de libération et de s’échapper de la haute atmosphère vers l’espace beaucoup plus facilement que des gaz plus lourds comme l’azote ou l’oxygène (source : Hydrogen - Wikipedia). Ce processus n’est pas lent ni marginal : l’exosphère terrestre, la couche la plus externe de l’atmosphère, perd continuellement de l’hydrogène dans l’espace, à raison de quelques kilogrammes par seconde, et la couche la plus élevée de l’atmosphère est presque entièrement composée d’hydrogène, précisément parce que c’est le gaz qui parvient le mieux à s’en échapper (source : Atmosphere of Earth - Wikipedia).

Considérés ensemble, ces deux processus expliquent cette infime proportion : l’hydrogène pénètre dans la basse atmosphère depuis différentes sources à peu près au même rythme qu’il quitte la haute atmosphère pour l’espace. Il en résulte un équilibre approximatif qui maintient une concentration ambiante faible et stable, au lieu de la laisser augmenter d’année en année. Cela explique aussi pourquoi la valeur de 0,53 ppm est considérée en chimie atmosphérique comme une référence fiable, plutôt que comme une mesure ponctuelle à actualiser à chaque nouvelle observation.

Comparer le débit d’un appareil à la quantité infime présente dans l’air

La valeur atmosphérique et les caractéristiques d’un appareil correspondent à deux types de mesure différents, et c’est leur confusion qui est à l’origine d’une grande partie des malentendus. La teneur en hydrogène de l’air ambiant est une concentration : une proportion dans un volume immense, pratiquement sans limites. Le débit d’un appareil correspond à une quantité de gaz délivrée dans un espace précis, beaucoup plus petit, pendant une durée déterminée, qu’il s’agisse d’une pièce ou du tuyau relié à une canule nasale. L’Hydrion Zenith, par exemple, est conçu autour de ce deuxième type de mesure : il propose sept niveaux de débit réglables, de 300 ml/min à 1 800 ml/min, chacun disponible en H₂ pur ou sous forme d’un mélange H₂+O₂, produit par électrolyse PEM avec une pureté d’hydrogène annoncée de 99,99 % (source : page produit).

Comparer directement une valeur en ppm à une valeur en ml/min ne donne pas un calcul exact, puisqu’il s’agit de mesures différentes. Mais l’écart d’échelle reste le point essentiel : la quantité infime présente dans l’air ambiant est si faible qu’il serait impossible d’extraire une quantité pratique d’hydrogène de l’air ordinaire d’une pièce. C’est précisément pourquoi les appareils de ce type ne cherchent pas du tout à capter ou à concentrer l’hydrogène déjà présent dans l’air. Ils le produisent plutôt à partir d’eau par électrolyse, et le niveau de débit que vous choisissez n’a aucun rapport avec la quantité d’hydrogène qui se trouve déjà dans la pièce.

Pourquoi ne peut-on pas simplement filtrer l’hydrogène de l’air intérieur ?

Un filtre ou un concentrateur fonctionne en extrayant un gaz recherché d’un mélange dans lequel il est déjà présent en quantité exploitable, comme un concentrateur d’oxygène extrait l’oxygène de l’air, qui en contient déjà environ 21 %. L’hydrogène ne se trouve pas dans ces conditions. À environ une demi-part par million, il n’y en a tout simplement pas assez dans un volume d’air donné pour le filtrer et en obtenir une quantité significative ; il faudrait traiter un volume d’air intérieur impraticablement grand pour en récupérer ne serait-ce qu’une petite quantité. À titre de simple comparaison d’échelle, et non de calcul de sécurité, il convient de noter que l’hydrogène dans l’air ne devient inflammable qu’à partir d’une concentration d’environ 4 % en volume (source : Hydrogen safety - Wikipedia) — une concentration des dizaines de milliers de fois supérieure à la quantité infime présente dans l’air ambiant, ce qui montre bien à quel point l’air ordinaire est loin d’être « concentré ». Le calcul complet du volume de la pièce et de la ventilation nécessaire pour faire fonctionner un appareil en toute sécurité est présenté séparément dans l’article sur la quantité d’hydrogène qu’une pièce ventilée peut contenir en toute sécurité, car ce calcul dépend de la taille de la pièce et du débit d’air, et non de la quantité infime présente dans l’air ambiant dont il est question ici.

Ce que cela signifie si vous envisagez l’inhalation d’hydrogène

Si vous avez entendu dire que « l’hydrogène est présent dans l’air » et vous êtes demandé si cela signifiait qu’un appareil était inutile, votre question était tout à fait légitime. La réponse tient simplement à une différence d’échelle : l’air qui vous entoure contient de l’hydrogène moléculaire, mais à une concentration trop faible pour constituer à elle seule une source exploitable. Un appareil conçu pour l’inhalation d’hydrogène fonctionne à partir d’un tout autre point de départ : il produit à partir d’eau un débit de gaz contrôlé et concentré, au lieu de puiser dans les traces déjà présentes dans la pièce.

Si la chimie sous-jacente vous est nouvelle, cet article sur la nature de l’hydrogène moléculaire est un bon point de départ pour acquérir ces notions avant d’aller plus loin. Pour avoir une vue d’ensemble du déroulement d’une séance et savoir à quoi vous attendre lorsque vous commencez, ce guide de l’inhalation d’hydrogène pour débutants présente les bases. Et si vous souhaitez savoir ce qui se passe dans le corps après l’inhalation d’hydrogène, plutôt que de découvrir simplement comment il est produit, cet article sur la façon dont le corps traite l’hydrogène gazeux inhalé reprend là où celui-ci s’arrête. Pour une référence complète sur les unités utilisées, notamment les différences entre ml/min, LPM et PPM, le glossaire sur l’inhalation d’hydrogène les détaille une à une.