Dans la nature, la photosynthèse permet aux plantes de convertir l’énergie solaire en énergie chimique. Des chercheurs de l’Institut de chimie et procédés pour l’énergie, l’environnement et la santé (ICPEES) s’inspirent du phénomène pour créer une photosynthèse artificielle produisant de l’hydrogène à partir du soleil. Et ce grâce à des matériaux nanostructurés immergés dans l’eau.
18/02/2021
Crédits : Pierre Pommereau Photographie
Souvent présenté comme un pilier de la transition énergétique, l’hydrogène fait de plus en plus parler de lui et différents plans au niveau français et européen sont mis en place pour financer la recherche dans le domaine. Son avantage ? « Il se stocke plus facilement que l’électricité ce qui permet de l’utiliser dans des véhicules de la même manière que de l’essence », souligne Thomas Cottineau chercheur à l’ICPEES.
Problème, sa production reste, pour le moment, liée aux énergies fossiles. « 95% de l’hydrogène est actuellement élaboré dans des raffineries à partir de gaz naturel et de pétrole », poursuit Thomas Cottineau qui travaille à la création d’H2 à partir d’une énergie renouvelable : le soleil. Le principe étant d’utiliser des matériaux semi-conducteurs nanostructurés plongés dans l’eau douce en condition de laboratoire et illuminés grâce à des simulateurs solaires.
Un rendement de l’ordre de 1%
« L’énergie solaire est absorbée ce qui génère des charges qui vont casser la molécule d’eau et ainsi produire de l’hydrogène. » Une réaction qui a lieu de manière directe sans passage par la case électricité comme c’est le cas pour les panneaux photovoltaïques ou les éoliennes. « Produit à partir de l’eau, l’hydrogène ainsi obtenu est très pur », détaille le chercheur qui souligne que ce principe est également utilisé pour obtenir d’autres molécules comme du méthanol par exemple à partir de CO2.
performances d'un matériau photocatalytique.
Seul bémol, un rendement de photoconversion de l’ordre de 1%, contre 20% par exemple pour les panneaux photovoltaïques. Pour rendre la réaction plus efficace, les chercheurs, en collaboration avec l’Institut national de la recherche scientifique au Québec, étudient différents co-catalyseurs qu’ils déposent sur les matériaux. « Nous travaillons également à l’amélioration de l’absorption de la lumière par le matériau lui-même afin qu’il génère plus de charges. »
Dernier aspect de la recherche, des tests sur différents matériaux présents au niveau naturel. « Ils doivent résister à l’eau et durer dans le temps », explique Thomas Cottineau qui développe une technique pour caractériser plus rapidement leur efficacité et ainsi pouvoir déterminer les propriétés importantes pour la production d’H2 .
Marion Riegert
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Ces travaux ont été financés par l’Initiative d'excellence, l’Agence nationale de la recherche et la Région Grand Est. L’ICPEES fait également partie du Groupement de recherche (GDR) Solar Fuels. Dirigé par Valérie Keller (ICPEES Strasbourg) et Murielle Chavarot Kerlidou (LCBM Grenoble), son objectif est de structurer la communauté française travaillant dans les domaines de la production de carburants solaires. Le GDR s’adosse sur un consortium constitué de 47 équipes de recherche académiques françaises, de l’Institut français du pétrole énergies nouvelles (IFPN) et est soutenu par les Pôles de compétitivité régionaux EnergieVie (Alsace) et Axelera (Rhône-Alpes).
