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Christophe Plebois, 30 ans, est un passionné des technologies nouvelles. Responsable du développement durable dans une grande entreprise, il croit en une évolution qui prend en compte les progrès technologiques...

Énergie propre : l'espoir de la photosynthèse artificielle


mercredi 14 septembre 2011

La photosynthèse artificielle pourrait devenir, si elle est maîtrisée, une source considérable d'énergie propre, par le biais de la production d'hydrogène. Plusieurs centres de recherches ont annoncé dernièrement des avancées majeures.


La photosynthèse est le processus naturel qui permet aux plantes de synthétiser de la matière organique à l'aide de la lumière du soleil. La formule chimique peut être résumée de la manière suivante : CO2 + eau + lumière → glucose + oxygène + eau.

Le glucose (C6H12O6) est de l'hydrate de carbone, dont on peut isoler l'hydrogène.  Ainsi, la photosynthèse n'est pas seulement l'opération bien connue de l'arbre qui capte le gaz carbonique pour rejeter de l'oxygène : elle reproduit aussi à sa façon le processus recherché d'électrolyse de l'eau qui réussit à séparer l'hydrogène de l'eau à l'aide d'un courant électrique.

Or, qui dit hydrogène dit production d'énergie à l'aide d'une pile à combustible ou d'un moteur à combustion.

Cela fait longtemps que l'on cherche à reproduire artificiellement la photosynthèse qui aurait l'avantage de produire beaucoup d'énergie sans rejet de carbone dans l'atmosphère. Malheureusement si le processus de l'électrolyse classique de l'eau est maîtrisé , plusieurs difficultés rendent l'opération délicate lorsqu'elle est réalisée à partie de la lumière solaire.Il faut notamment un catalyseur afin de faciliter et d'accélérer la réaction chimique.

Or plusieurs avancés récentes ont montré que la reproduction de la photosynthèse est en train de devenir un vrai pari scientifique pour le futur.

Des avancées majeures

Des ingénieurs de l'université de Cincinnati se sont ainsi inspirés du nid d'écume produit par une grenouille tropicale pour reproduire la photosynthèse ! Les chercheurs se sont aperçus que l'écume était composée de glucose grâce à sa perméabilité à l'air et au soleil. Ils se sont  inspirés de ce processus en récupérant notamment la protéine responsable de la formation de cette écume, la Ranaspumin-2. Le rendement obtenu par cette photosynthèse artificielle est excellent ( près de 96%) car toute l'énergie est convertie en glucose alors que dans la photosynthèse naturelle des végétaux une partie de celle-ci est utilisée à la vie de la matière.

Une autre étude américaine supervisée par Michael Grätzel de l'Ecole polytechnique de Lausanne, dont les résultats ont été publiés en mai 2011, se sont eux concentrés sur le problème du stockage de l'hydrogène, lors de sa production par photosynthèse artificielle. Ils ont pour cela modifié le semi-conducteur permettant ce stockage.

Mais l'annonce la plus prometteuse provient sûrement de l'équipe du professeur Daniel Nocera du MIT (cf information en anglais sur le site du MIT et en français sur "Green et Vert") qui a annoncé en mars 2011 avoir réussi à recréer une feuille artificielle (voir l'image d'illustration) capable de décomposer l'eau en oxygène et hydrogène à l'aide de la lumière du soleil. La feuille artificielle (composé de silicium, d'électronique ainsi que de catalyseurs comme le cobalt ou le nickel) placée dans 4 litres d'eau permettrait de couvrir en énergie un foyer pendant une journée. Un potentiel énergétique prometteur donc pour une utilisation locale, notamment dans ls villages africains.

Une partie de la réponse aux besoins de la planète

L'énergie solaire exploitée par un processus imitant la photosynthèse pourrait donc être une partie de la réponse aux besoins énergétique de la planète. Son premier atout est bien sûr écologique, puisque son taux d'émission en CO
2 est nul, ce qui en fait un argument de choix face aux énergies fossiles. Son deuxième atout est d'avoir un rendement bien plus important que l'énergie solaire photovoltaïque produite actuellement.

Si pour le moment les projets de photosynthèse artificielle sont essentiellement étudiés par des laboratoires de recherches, ils sont suivis de très près par l'industrie. Le Pr Nocera a ainsi annoncé avoir signé un contrat avec le groupe indien Tata afin de construire d'ici un an et demi des petites "centrales électriques", de la taille d'un réfrigérateur,  basés sur la technique de la feuille artificielle développée par le chercheur américain.

Une industrialisation à plus grande échelle pourrait être possible d'ici 2020 même si il est encore très difficile de faire des projections précises. L'Ademe a donné des estimations sur le futur marché possible de l'hydrogène dans sa globalité en estimant qu'il pourrait générer en France un chiffre d'affaires estimé entre 5 et 40 milliards d'euros par an d'ici 10 à15 ans.
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