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Énergie solaire : une feuille artificielle productrice d'énergie

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Afin de capter l'énergie solaire, des chercheurs américains ont mis au point une « feuille artificielle », qui sépare les atomes d'hydrogène et d'oxygène présents dans l'eau. En les stockant, il est ensuite possible de les réutiliser dans une pile à combustible, par exemple. Un procédé photovoltaïque simple et peu onéreux.

Des chercheurs ont mis au point une technique créant du dihydrogène et du dioxygène à partir de l'eau. © Reece et al. 2011 - Science, capture d'écran

Des chercheurs du célèbre MIT ont présenté un système très simple capable de produire de l'énergie stockable, et donc utilisable ultérieurement, grâce à la lumière. Leurs travaux ont été publiés dans la revue Science. Alors que les énergies fossiles sont plus que jamais controversées, la recherche portant sur les énergies renouvelables est en plein essor et la communauté scientifique réfléchit activement à des moyens d'exploiter efficacement les énergies renouvelables comme le vent, la lumière, etc.

Dans cette optique, des chercheurs du MIT, emmenés par Daniel Nocera, ont mis au point un système qui capte les atomes d'hydrogène et d'oxygène de l'eau grâce à l'action de la lumière, tout en restant peu onéreux. Ce système, qu'ils appellent « feuille artificielle », est en réalité une cellule de silicium, matériau habituel des cellules photovoltaïques, bordée par des matériaux catalytiques très communs et relativement bon marché : une face de cobalt et l'autre composée essentiellement de nickel.


Les bulles se créent de part et d'autre de la feuille artificielle. © Nocera Lab/Sun Catalytix, YouTube

Une hydrolyse à la force des photons

Comment cela fonctionne-t-il ? Très simplement, et c'est là toute l'élégance du procédé. Il suffit de plonger cette feuille - qui ne nécessite aucun câble - dans un récipient contenant de l'eau pour que se déclenche la séparation des atomes. On observe alors des bulles de gaz remonter à la surface de l'eau : du côté du cobalt, des bulles de dioxygène, de l'autre, de dihydrogène.

En créant une séparation hermétique entre les deux côtés, on obtient un système de récupération de ces deux gaz, afin de les stocker pour les réutiliser plus tard, et créer de l'énergie via par exemple, une pile à combustible, qui utilisera la réaction inverse (production d'eau à partir de l'oxygène et de l'hydrogène), pour générer de l'électricité.

Fonctionnement de la feuille artificielle : les atomes des molécules d'eau sont séparés au niveau de la couche de cobalt, formant du dioxygène et des atomes d'hydrogène qui sont transformés en dihydrogène au niveau de la face de nickel. © Reece et al. 2011 - Science

Un concept à commercialiser

Bien sûr, les étapes de récupération et de stockage des gaz n'ont pas fait l'objet de travaux concrets de la part du MIT et le système n'est donc pas encore commercialisable. Mais la base est prête et comme le dit Daniel Norcera sur le site du MIT, « on va dans la bonne direction ».

Une direction qui pourrait aussi mener à la création d'« algues artificielles » : les chercheurs envisagent de créer des petites billes ayant les mêmes propriétés que la feuille artificielle, ce qui permettrait d'augmenter la surface de contact avec l'eau et donc le rendement, qui pour l'instant reste inférieur à du photovoltaïque classique, bien que la récupération des gaz deviendrait alors plus périlleuse.