Note de la rédaction : cet article ne peut laisser indifférent. Il semble qu’il soit une des clés majeures de l’orientation de la production verte du carburant de demain ! Produire de l’hydrogène par photosynthèse de l’eau… De l’eau, du soleil et de l’hydrogène ! L’hydrogène est le carburant propre par excellence… S’il est produit de façon « propre ». Il est un carburant thermique (moteurs, réacteurs…) mais aussi le carburant de base des piles à combustible.

Découverte : le bio mimétisme de la photosynthèse permettrait, à terme, de synthétiser de l’énergie à partir de molécule basique. Ce procédé demande encore l’utilisation de métaux lourds, couteux et toxiques. Pour la première fois, des travaux montrent des alternatives moins coûteuses et moins toxiques. 

C’est un vieux rêve que la recherche scientifique essaie de réaliser, défi majeur pour les besoins énergétiques de la société actuelle. Mimer la photosynthèse des plantes pour convertir, grâce à la lumière, des molécules stables et abondantes comme l’eau et le CO₂ en carburant hautement énergétique (comme l’hydrogène) ou en produits chimiques d’intérêt pour l’industrie. La réalisation d’une photosynthèse artificielle reste cependant limitée par l’utilisation, de composés « exotiques » à base de métaux coûteux et toxiques.

Aujourd’hui, une équipe de chercheurs propose l’utilisation des nanocristaux semi-conducteurs, à base de cuivre, d’indium et de soufre, des métaux moins onéreux et moins toxiques.

Un principe connu en progression constante 

Dans les systèmes de photosynthèse artificielle, les chromophores, ou “photosensibilisateurs”, absorbent l’énergie lumineuse et transfèrent les électrons au catalyseur, qui active la réaction chimique. Alors que de nombreux progrès ont été réalisés ces dernières années dans le développement de catalyseurs sans métaux nobles, les photosensibilisateurs reposent encore, pour la plupart, sur des composés moléculaires à base de métaux rares et coûteux, souvent nommés “exotiques” dans le langage courant, comme le ruthénium ou l’iridium, ou sur des matériaux semi-conducteurs inorganiques contenant du cadmium, un métal très toxique.

© Damien Jouvenot, Département de chimie moléculaire (CNRS/Université Grenoble Alpes).

Pour la première fois, des chercheurs du Département de chimie moléculaire et du Laboratoire SyMMES  de l’Université Grenoble Alpes (CNRS/CEA) ont démontré, en combinant leurs expertises en ingénierie des matériaux semi-conducteurs et en photocatalyse, qu’il est possible de produire très efficacement du dihydrogène en associant des nanocristaux semi-conducteurs inorganiques, des “quantum dots”, constitués d’un cœur de sulfure de cuivre et d’indium, protégé d’une coquille de zinc et de soufre, à un catalyseur moléculaire à base de cobalt.

Des nanocristaux semi-conducteurs “quantum dots” à la clé

Ce dispositif “hybride” combine les excellentes propriétés d’absorption de la lumière visible et la stabilité des semi-conducteurs inorganiques à l’efficacité des catalyseurs moléculaires. En présence d’un excès de vitamine C, qui fournit les électrons au système, il montre une activité catalytique remarquable dans l’eau, la meilleure obtenue à ce jour avec des “quantum dots” sans cadmium. Les performances de ce système sont bien supérieures à celles obtenues avec un photosensibilisateur à base de ruthénium, grâce à la très grande stabilité de ses matériaux inorganiques, qui peuvent être recyclés plusieurs fois sans perte notable d’activité.

Ces résultats mettent en évidence le grand potentiel de tels systèmes hybrides pour la production d’hydrogène issue de l’énergie solaire.