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Energie propre : la solution de la photosynthèse artificielle

S’inspirer de la nature pour produire de l’énergie avec le soleil et de l’eau : c’est le pari d’une équipe de chercheurs nantais du CEISAM. Le point sur les travaux de ces chimistes avec Fabrice Odobel, directeur de recherche au CNRS.

L’équipe du Ceisam conçoit des systèmes moléculaires qui s’inspirent de la photosynthèse naturelle pour produire des comburants par voie solaire. ©Jef132, CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons

Fabriquer une énergie propre, inépuisable et bon marché. L’idée fait rêver une grande partie de l’humanité depuis plus d’un siècle. A Nantes, elle fait travailler des scientifiques. Au sein du Ceisam*, un laboratoire de chimie, l’équipe de Fabrice Odobel planche sur la photosynthèse artificielle. « Nous concevons de nouvelles molécules pour mimer ce qui se passe dans les plantes de façon à convertir l’énergie du soleil en énergie directement utilisable par l’homme » explique le chercheur. Petit rappel de SVT : la photosynthèse est un processus qui permet aux végétaux chlorophylliens de transformer l’énergie du soleil en matière organique en utilisant de l’eau (H2O) et le dioxyde de carbone (CO2) de l’air comme matières premières. Le processus étudié au sein du labo nantais est un peu différent. Il porte le nom de « water splitting ou photo-décomposition de l’eau ». Ici on utilise l’énergie du soleil pour « craquer »les composants de la molécule d’eau en oxygène (O2) d’une part et en hydrogène (H2) d’autre part.

* CEISAM Chimie Et Interdisciplinarité, Synthèse, Analyse, Modélisation, UMR CNRS 6230

 

Produire de l’hydrogène vert 

L'hydrogène est un vecteur énergétique extrêmement prometteur. Contrairement à l’électricité, il est facilement stockable et transportable. Son utilisation – dans une pile à combustible par exemple – ne rejette que de l’eau. Problème : il n’existe que peu de gisements d’hydrogène sur terre, il faut donc le fabriquer. « Aujourd’hui, la majeure partie de l'hydrogène est produite par reformage du méthane notamment [un composant du gaz naturel] », un procédé qui repose encore sur les énergies fossiles. D’où l’ambition de l’équipe nantaise de produire un « hydrogène vert » en utilisant de l’eau qui recouvre plus de 70% de la surface du globe et l’énergie solaire, « une énergie colossale : Il arrive en effet chaque jour sur terre 10 000 fois plus d’énergie sous forme de lumière que la totalité de l’humanité n’en consomme. »

 

Une voie très prometteuse

A Nantes, les chercheurs du CEISAM s’intéressent à la mise au point d’un système composé de deux électrodes photoactives reliées électriquement l’une à l’autre. Grâce à la lumière du soleil, la molécule d’eau va s’oxyder en oxygène sur la photoanode et se réduire en hydrogène sur la photocathode. « Aujourd’hui, la communauté scientifique a créé des systèmes mimétiques de photosynthèse artificielle qui ne marchent pas trop mal, assure Fabrice Odobel. Mais ils souffrent de deux problèmes principaux. » Le premier est le coût des matériaux utilisés, le second, leur stabilité. «Les dispositifs actuels fonctionnent globalement bien pendant une semaine sans trop perdre leurs performances initiales. Au-delà, ça ne tient pas, il nous reste beaucoup de recherche à faire. » Mais le chercheur y croit. « C’est faisable technologiquement. A ce rythme dans 20 ans au plus tard, on pourra produire des carburants verts en ne puisant que l’énergie du soleil. »

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