Les systèmes d’électrolyse de l’eau manquent d’efficacité. Mais des chercheurs pourraient avoir trouvé une solution astucieuse au problème. Ils ont développé une cellule solaire capable de transformer l’eau en hydrogène tout en produisant de l’électricité utilisable par ailleurs.
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[EN VIDÉO] Energy Observer, le premier bateau électrique à hydrogène Durant cinq ans, à partir de 2017, ce catamaran à deux moteurs électriques de 30 mètres va sillonner les océans du Globe pour une mission scientifique, propulsé uniquement par des énergies renouvelables et une voile « kite ». L’électricité sera produite par des hydrogénérateurs, deux éoliennes à axe vertical, des panneaux photovoltaïques et une pile à combustible. C’est une première mondiale pour un bateau : cette pile utilisera de l’hydrogène produit à bord par électrolyse de l’eau. Energy Observer est donc d’abord un démonstrateur technologique.

Parmi les pistes explorées dans le secteur des énergies renouvelables, il y a celle de l'électrolyseélectrolyse de l'eau grâce à une cellule solaire. L'idée : produire de l’hydrogène à partir seulement d'un peu d'eau et de lumière du soleil. Mais les dispositifs d'hydrolysehydrolyse restent trop peu efficaces. Leurs propriétés optiques, électriques et chimiques restent à optimiser.

À la recherche de solutions nouvelles, des chercheurs du Laboratoire national Lawrence Berkeley et du Centre commun de photosynthèsephotosynthèse artificielle (États-Unis) ont mis au point une « cellule hybridehybride photoélectrochimique et voltaïque (HPEV) », un dispositif qui transforme la lumièrelumière du soleilsoleil non pas seulement en hydrogènehydrogène, mais aussi en électricité.

Comme une voiture en première vitesse

Précisons que les cellules solaires destinées traditionnellement à l'électrolyse de l'eau sont constituées d'un empilement de matériaux. Ils absorbent chacun une partie des longueurs d'ondelongueurs d'onde qui composent la lumière du soleil. Et ce faisant, ils génèrent un courant électriquecourant électrique qui permettra de transformer l'eau en oxygèneoxygène et en hydrogène.

L’électrolyse de l’eau permet de décomposer l’eau en dioxygène et en dihydrogène à l’aide d’un courant électrique. Lorsque ce dernier est issu de sources renouvelables comme le soleil, l’hydrogène est dit propre. Et grâce à l’idée de chercheurs américains, le procédé pourrait bientôt devenir suffisamment efficace pour éveiller les intérêts. © harunyigit, Fotolia

L’électrolyse de l’eau permet de décomposer l’eau en dioxygène et en dihydrogène à l’aide d’un courant électrique. Lorsque ce dernier est issu de sources renouvelables comme le soleil, l’hydrogène est dit propre. Et grâce à l’idée de chercheurs américains, le procédé pourrait bientôt devenir suffisamment efficace pour éveiller les intérêts. © harunyigit, Fotolia

Un rendement presque triplé

L'ennui dans les dispositifs actuels, c'est que la plupart des électronsélectrons ainsi excités dans le siliciumsilicium relativement efficace qui constitue la cellule n'ont nulle part où aller. Ils perdent leur énergie. « Comme si une voiturevoiture n'était jamais utilisée qu'en première vitessevitesse », raconte Gideon Segev, l'auteur principal de l'étude.

C'est pourquoi les chercheurs américains proposent aujourd'hui une solution étonnamment simple : ajouter un contact supplémentaire à la surface du composant en silicium. Ainsi, le courant produit se divise en deux. Une partie sert toujours à produire de l'hydrogène. L'autre partie - qui était jusqu'alors perdue - est exploitée sous forme d'électricité verte.

Les simulations et un prototype ont pu confirmer la validité de l'idée. Selon les chercheurs, le rendement d'une cellule solaire classique, au silicium et au vanadate de bismuthbismuth, est de moins de 7 %. En revanche, leurs cellules HPEV, si elles continuent à produire de l'hydrogène, à hauteur de quelque 7 %, produisent aussi de l'électricité avec un rendement d'environ 13,5 %. Ce qui leur assure un rendement global de quelque 20 %.