Photosynthèse : une feuille bionique dix fois plus efficace que la nature

Au cours de ces dernières années, de grands progrès ont été accomplis dans la création d'une feuille artificielle susceptible de reproduire le processus de la photosynthèse afin de transformer le soleilsoleil et l'eau en source d'énergieénergie. Futura-Sciences vous avait notamment parlé des travaux des professeurs Daniel Nocera et Pamela Silver, de l'université d'Harvard, qui ont mis au point une « feuille bionique » capable de reproduire la photosynthèsephotosynthèse avec une efficacité de 1 %, équivalente à celle du processus naturel. Grâce à l'emploie d'une bactériebactérie, les scientifiques étaient même parvenus à produire un combustible liquide, de l'isopropanol.

Les voici de retour avec une version « 2.0 » de leur feuille bionique qui fait l'objet d'une nouvelle publication dans la revue Science. « Nous sommes allés bien au-delà de l'efficacité de la photosynthèse dans la nature », annonce le professeur Nocera. En effet, la nouvelle feuille artificielle est présentée comme pouvant réaliser une photosynthèse dix fois plus efficace que le processus naturel. Comme la version précédente, le dispositif placé dans l'eau absorbe l'énergie du soleil puis, grâce à un catalyseurcatalyseur métallique, sépare les moléculesmolécules d'eau en oxygèneoxygène et en hydrogènehydrogène.

L'hydrogène peut alors alimenter une pile à combustible pour produire de l'électricité. Il peut également contribuer à fabriquer de l'isopropanol grâce à une bactérie spécifique nommée Ralstonia eutropha. L'isopropanol sert d'additif à l'essence mais aussi de dissolvant, désinfectant ou décapant. On le retrouve aussi dans le combustible des lampes Berger.

Une fois plongée dans l’eau, la feuille artificielle (ici dans le réservoir gauche) utilise un catalyseur métallique, du phosphate de cobalt, pour séparer les molécules d’eau en oxygène et en hydrogène. Une bactérie, Ralstonia eutropha, permet ensuite d’utiliser l’hydrogène pour produire différents combustibles liquides. © Harvard University

Un nouveau catalyseur métallique qui change tout

La principale amélioration de la feuille bionique 2.0 réside dans le type de catalyseur métallique employé. Dans la première configuration, les chercheurs utilisaient un alliagealliage nickel-molybdène-zinc qui provoquait une réaction de l'oxygène qui détruisait l'ADNADN de la bactérie. Pour éviter ce phénomène, il fallait faire fonctionner le dispositif avec une tension plus élevée, ce qui réduisait son efficacité. L'équipe d'Harvard explique avoir trouvé la solution en adoptant le phosphate de cobaltcobalt (CoPi). « Le système peut désormais convertir l'énergie solaire en biomassebiomasse avec une efficacité de 10 %, bien au-delà des 1 % observé sur les plantes les plus dynamiques », explique le professeur Nocera.

Outre ce gain de performance très important, les chercheurs ont aussi réussi à étendre les capacités de production de combustible liquide en obtenant de l'alcoolalcool isoamylique ainsi que du Poly-β-hydroxybutyrate (PHB), un précurseur du bioplastique. Selon eux, bien qu'elle puisse être encore améliorée, cette feuille bionique est désormais suffisamment aboutie pour envisager des applicationsapplications commerciales. Le professeur Nocera pense que cette technologie a un potentiel dans les pays en voie de développement, où elle pourrait par exemple servir à alimenter des habitations grâce aux énergies renouvelablesénergies renouvelables.