Produire de l'hydrogène à partir du soleil

Les plantes vertes utilisent en permanence le Soleil pour transformer l'eau et
le gaz carbonique (CO2) en molécules à haute valeur énergétique.
(Crédits photo: Dinkum/Creative Commons)

La conversion de l'énergie solaire en carburant est admirablement réalisée par le monde vivant, végétal notamment, grâce à la photosynthèse.


La source d'énergie renouvelable la plus abondante est sans aucun doute l'énergie solaire. Le Soleil envoie sur Terre une puissance de 90.000 térawatts (TW), à comparer aux 14 TW consommés par la population mon­diale, et va continuer à le faire pendant quelques milliards d'années. Cependant, en raison de son caractère intermittent et de sa faible densité, il est capital de pouvoir stocker et concentrer cette énergie solaire sous forme de carburant.

L'une des possibilités les plus séduisantes consiste à la transformer en hydrogène, un carburant propre (sa combustion ne produit que de l'eau) avec une forte densité énergétique (2,7 fois plus que le pétrole), même si son état gazeux, à température et pression ambiantes, rend son stockage et son transport difficiles. Cet hydrogène sert ensuite à alimenter des piles à combustible pour produire de l'électricité. Il y a plusieurs façons d'obtenir de l'hydrogène grâce au Soleil. La pre­mière consiste à effectuer une électrolyse de l'eau à partir de l'énergie électrique fournie par des panneaux photovoltaïques. Mais une autre méthode, qui s'inspire de processus biologiques, pourrait révolutionner, dans un avenir plus ou moins proche, notre appro­visionnement énergétique.

La conversion de l'énergie solaire en carburant est en effet admirablement réalisée par le monde vivant, végétal notamment, grâce à la photosynthèse. Les plantes vertes utilisent en permanence le Soleil pour transformer l'eau et le gaz carbonique (CO2) en molécules à haute valeur énergétique, comme les sucres ou les lipides. Elles ne sont pas les seules. Certains micro-organismes, comme les algues unicellulaires ou les cyanobactéries, ont même la capacité de réaliser une simple photolyse de l'eau.

En clair, ils se servent de l'énergie solaire pour «casser» la molécule d'eau en oxygène et en hydrogène. L'eau n'absorbant pas les photons (ou «grains» de lumière) du Soleil, ce véritable «tour de force» s'effectue au moyen de systèmes moléculaires incroyablement sophistiqués et efficaces pour collecter les photons solaires et les convertir efficacement en énergie chimique: le photosystème pour l'oxydation de l'eau en oxygène et des hydrogénases pour la réduction de l'eau en hydrogène. Ce qui est remarquable, c'est que ces deux systèmes enzymatiques utilisent comme catalyseurs des métaux abondants comme le manganèse, le nickel ou le fer, alors que les électrolyseurs et les piles à combustible actuels font appel à des métaux nobles comme le platine, très chers et peu abondants dans la croûte terrestre. On oublie souvent de dire qu'il n'y a pas de futur pour une économie à hydrogène si on ne résout pas ces problèmes de catalyseurs.

Énergétiquement autonome

Grâce à la connaissance de plus en plus approfondie de ces mécanismes naturels et au développement spectaculaire de la chimie «bio-inspirée», bon nombre de chimistes pensent que la photosynthèse artificielle, c'est-à-dire la mise en œuvre de la conversion directe de l'énergie solaire en carburant par des systèmes synthétiques, non naturels, est à notre portée et doit être développée. En témoignent certains grands programmes de recherche aux États-Unis, impliquant le ministère de l'Énergie (DoE) ou des universités prestigieuses (CalTech, MIT), en Europe (projet SolarH2) et dans de nombreux pays européens (EPFL, Suisse).

Cette recherche, encore très fondamentale, doit conduire à l'invention, l'élaboration puis la mise sur le marché de dispositifs technologiques originaux: des cellules photoélectrochimiques, capables de produire l'hydrogène uniquement à partir d'eau et de Soleil. Il est fascinant d'imaginer un monde dans lequel chacun deviendra énergétiquement autonome grâce à la disponibilité locale de «photo-électrolyseurs» et de piles à hydrogène qui fourniront l'électricité nécessaire, le Soleil étant la source d'énergie primaire, l'hydrogène le vecteur énergétique et l'eau la source d'hydrogène.

Par Marc Mennessier Publié le 14/10/2011 à 17:03

http://www.lefigaro.fr/sciences/2011/10/14/01008-20111014ARTFIG00571-produire-de-l-hydrogenea-partir-du-soleil.php