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Posté par Michel le Jeudi 16/04/2009 à 00:00
Hydrogène: et si l'on copiait les plantes ?
Sur le papier, l'hydrogène est une source d'énergie sans pareille. À condition de trouver une solution durable pour le produire en masse. Des chimistes s'en rapprochent en s'inspirant... de la photosynthèse des plantes.

Candidat au statut de source énergétique de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la...), l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) a un gros atout sur son curriculum vitae: sa combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) n'engendre aucun gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire) ou d'autres...). Hélas, il n'en existe aucun gisement sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus...). Il faudra donc le produire industriellement si l'on veut qu'il remplace un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...) l'essence de nos voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en conséquence. C'est un des moyens de...). Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) récemment, Ally Aukauloo, Pierre Millet et Élodie Anxolabéhère-Mallart, à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) moléculaire et des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) d'Orsay (ICMMO), viennent de franchir deux nouvelles étapes vers un procédé propre et économiquement viable de synthèse de l'hydrogène. Leur source d'inspiration ? Les plantes, et plus précisément la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le processus bioénergétique...), qui leur permet de créer de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe...) à partir de l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine...). Cette idée pourrait rapidement gagner du terrain parmi les nombreuses pistes envisagées pour la production d'hydrogène.

Pour produire de l'hydrogène avec de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), la nature propose donc la photosynthèse. Comme l'explique Ally Aukauloo, "au cours d'une première étape, la photosynthèse permet l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique. Le photon est détruit lors de ce...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de...) solaire, sa conversion en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) chimique, puis l'acheminement de celle-ci vers un centre réactionnel du végétal (Les classifications scientifiques classiques regroupent sous le terme végétal ([veʒetal]/[veʒeto]) plusieurs lignées...) où sont dissociées les molécules d'eau (qui perdent alors des électrons pour former de l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) gazeux et des protons). Ensuite, les protons et les électrons qui en sont issus sont utilisés sur d'autres sites réactionnels, pour la synthèse de nouvelles molécules tels des sucres ou... de l'hydrogène." Évidemment, ces différentes étapes nécessitent une "usine" moléculaire d'une rare complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en...), et façonnée par des millions d'années d'évolution. Et comme le précise le chimiste (Un chimiste est un scientifique qui étudie la chimie, c'est-à-dire la science de la matière à l'échelle moléculaire ou...), "pour l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris...), il est exclu de la reproduire artificiellement. Toutefois, les outils de la chimie permettent de s'en inspirer". On parle de procédés bio-inspirés.

Prenons le cas de la première étape de la photosynthèse. Elle est l'œuvre de la chlorophylle, un pigment qui capte et convertit l'énergie lumineuse. La dissociation de l'eau se produit sur un complexe chimique à base de manganèse. De multiples combinaisons seront à tester avant de trouver le système chimique qui réalisera artificiellement cette étape le plus efficacement possible. Mais les chimistes d'Orsay, dans le cadre d'un financement de l'Agence nationale de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...), ont posé une première pierre en développant des systèmes moléculaires capables de casser une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les...) d'eau. Comment ? En greffant entre elles deux molécules. "La première est un complexe à base de ruthénium, qui s'active chimiquement lorsqu'il capte la lumière, détaille Ally Aukauloo. Il cède alors une charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.) positive au second complexe sur lequel est accrochée une molécule d'eau. Celle-ci se polarise puis se dissocie, cédant des protons à la solution dans laquelle elle se trouve."

Et que faire de ces protons ? De son côté, la nature utilise à cette étape des complexes chimiques, appelés hydrogénases, qui catalysent la synthèse de la molécule d'hydrogène. Pour reproduire cette fonction, l'équipe de l'ICMMO vient de synthétiser un nouveau complexe, composé d'un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une...) de cobalt enchâssé dans une cage formée par d'autres espèces chimiques. Avantage: "Il ne nécessite pas l'emploi de métaux précieux, précise le chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de...). De plus, la possibilité de jouer sur la nature chimique de la cage dans laquelle se trouve l'atome de cobalt permet d'adapter les propriétés de notre catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des...) à différentes situations."

Malgré ces succès, les chercheurs restent extrêmement prudents, rappelant qu'une "feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges des...)" artificielle capable de produire de l'hydrogène industriellement à partir d'eau et de la lumière du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et...) n'est pas pour demain. Pour autant, Ally Aukauloo s'enthousiasme: "Nous nous rapprochons lentement de ce Graal. Et pouvons peut-être envisager un prototype de laboratoire d'ici à dix ans." Un futur pas si lointain !

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Source: CNRS