Comment ce mollusque géant surpasse (de très loin) les meilleurs panneaux solaires ?

Les chercheurs de Yale s'intéressent à une source d'inspiration inattendue pour améliorer l'efficacité des panneaux solaires: les bénitiers géants (tridacne géant) du Pacifique occidental. Ces mollusques, vivant dans les récifs coralliens tropicaux, pourraient bien changer notre approche de l'énergie solaire.


Les bénitiers géants eux-mêmes ne font pas de photosynthèse, mais ils hébergent des algues symbiotiques sur leur manteau, qui réalisent la photosynthèse pour eux. Ces algues, appelées zooxanthelles, vivent en symbiose avec les bénitiers et fournissent des nutriments à l'animal grâce à la photosynthèse. En retour, le bénitier offre un environnement protégé et un accès à la lumière solaire pour les algues.

Ces bénitiers géants possèdent une architecture interne sophistiquée, faite de colonnes verticales recouvertes d'une fine couche diffusant la lumière. Cette configuration, selon les chercheurs, pourrait bien faire des bénitiers les systèmes de captation d'énergie solaire les plus efficaces au monde.

Alison Sweeney, professeure associée à Yale, explique que malgré leur exposition à une lumière solaire intense, les bénitiers sont en réalité très sombres à l'intérieur. Cette caractéristique permet une conversion solaire bien plus efficace que celle des technologies actuelles.

L'étude publiée dans PRX: Energy décrit un modèle analytique pour déterminer l'efficacité maximale des systèmes photosynthétiques, basé sur la géométrie et les propriétés de diffusion de la lumière des bénitiers. Cette recherche s'inscrit dans une série d'études explorant les mécanismes biologiques pouvant inspirer de nouveaux matériaux et designs durables.

Les bénitiers géants de Palau, avec leurs algues symbiotiques disposées en colonnes verticales, absorbent la lumière solaire après qu'elle ait été dispersée par des cellules appelées iridocytes. Cette disposition permet une absorption lumineuse optimale, car la lumière est uniformément répartie autour de chaque colonne d'algues.


Le modèle développé par Sweeney et son équipe inclut aussi les comportements adaptatifs des bénitiers, comme leur capacité à s'étirer en fonction des variations de la lumière solaire. Cette adaptation augmente l'efficacité quantique à 67 %, contre seulement 14 % pour les systèmes naturels comme les feuilles vertes en environnement tropical.

Une comparaison est faite avec les forêts d'épicéas boréales, qui partagent des mécanismes similaires de diffusion de la lumière et des géométries proches des bénitiers, atteignant presque la même efficacité quantique.

Efficacité quantique

L'efficacité quantique est une mesure clé en photobiologie et en physique des semi-conducteurs. Elle représente la capacité d'un système à convertir les photons en électrons. Dans le contexte des systèmes photosynthétiques ou des panneaux solaires, cette mesure détermine l'efficacité avec laquelle la lumière absorbée est transformée en énergie utilisable.

Plus précisément, l'efficacité quantique se définit comme le rapport entre le nombre de photons convertis en électrons et le nombre total de photons incident sur le système. Par exemple, une efficacité quantique de 67 % signifie que sur 100 photons reçus, 67 sont convertis en électrons.

Cette mesure est cruciale pour évaluer et comparer les performances des systèmes énergétiques naturels et artificiels. Dans le cas des bénitiers géants étudiés, leur structure unique permet une efficacité quantique largement supérieure à celle des technologies actuelles, offrant ainsi des pistes pour améliorer les dispositifs photovoltaïques futurs.