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Hydrogène et photo-corrosion : vers l'énergie propre de demain

ActualitéClassé sous :physique , hydrogène , électrolyse

L'hydrogène, élément présent en abondance sur Terre sous forme combinée, pourrait à terme remplacer nos carburants polluants à base de carbone. Mais à ce jour, une solution pour l'isoler efficacement de l'oxygène n'existe toujours pas. En appliquant directement l'énergie du soleil à de l'eau dans une cellule solaire spéciale, les scientifiques sont pourtant à deux doigts de produire de l'hydrogène utilisable...

Cet impressionnant dispositif expérimental permet aux scientifiques d'étudier les processus chimiques à l'échelle atomique © SLAC (Stanford Linear Accelerator Center

Une pile à combustible alimentée en hydrogène est particulièrement propre, puisqu'elle ne produit que de l'eau. Son principe de fonctionnement repose sur le procédé inverse de l'électrolyse : l'hydrogène et l'oxygène se combinent pour former de l'eau et libérer de l'énergie. Une des difficultés majeures réside dans la synthèse et l'approvisionnement en dihydrogène, qui n'existe pas à l'état libre dans la nature. Une solution, surprenante au premier abord, est d'extraire l'hydrogène, à l'échelle industrielle, par électrolyse de l'eau, le rendant disponible sous forme d'un carburant comprimé ou liquéfié. Comme il faut de l'énergie pour extraire l'hydrogène, celui-ci est considéré davantage comme un support d'énergie qu'une source d'énergie.

Des cellules solaires traditionnelles peuvent être employées pour générer l'électricité nécessaire. Mais ce genre de dispositif, en lui-même, n'est pas pratique pour produire de l'hydrogène, puisqu'il faut encore transporter l'électricité vers l'électrolyte. Afin d'éliminer cette étape supplémentaire, on utilise une cellule photoélectrochimique (PEC), permettant une électrolyse directe de l'eau. Dans une telle cellule, les rayons du soleil frappent un catalyseur spécial submergé dans l'électrolyte. Malgré une efficacité record, les meilleures cellules développées jusqu'à présent ne fonctionnent que pendant 240 heures, avant d'être arrêtées par un phénomène de corrosion. Pour remplir leurs objectifs, elles devraient pouvoir tenir au moins 10 000 heures...

Schéma de fonctionnement de la pile à combustible" (GNU Free Documentation License)

La rapidité à laquelle ces cellules solaires se corrodent préoccupe actuellement une équipe de chercheurs du Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). A l'aide de rayons X « mous » (rayons X de faible énergie), ils scrutent ces cellules PEC, à l'échelle atomique, pour observer les réactions électriques et chimiques se déroulant à la surface du semi-conducteur. En comprenant le mécanisme fondamental de la photo-corrosion, ils espèrent rendre plus facile le choix des semi-conducteurs. Pour être exploitables, ceux-ci doivent à la fois supporter une exposition directe à l'eau et être capable de convertir efficacement la lumière solaire en électricité.

Si elles tiennent leurs promesses, les cellules solaires PEC permettraient, à terme, la mise en place d'une infrastructure énergétique propre, alimentée par une source renouvelable d'hydrogène. En attendant, les travaux menés par cette équipe représentent une étape importante dans la quête d'une énergie propre.

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