Dans le laboratoire de l’Institut de Chimie Organique, le doctorant El Czar Galleposo manipule avec soin des tubes à essai remplis de liquides aux couleurs vives. Ces échantillons sont prêts à être testés pour observer comment les molécules produites en laboratoire réagissent à la lumière. Ce travail fait partie d’un effort plus large visant à reproduire artificiellement ce que la nature réalise sans effort : capter l’énergie du soleil et la stocker dans des composés chimiques.
Les groupes de recherche de Leticia González de l’Institut de Chimie Théorique et de Davide Bonifazi de l’Institut de Chimie Organique de l’Université de Vienne en Autriche travaillent ensemble pour atteindre cet objectif. Ils cherchent à créer des matériaux à partir de « molécules de designer » avec des propriétés très spécifiques, par exemple, celles qui absorbent efficacement la lumière, rendant ainsi son énergie utilisable.
Le laboratoire de González simule les molécules et leurs propriétés sur ordinateur, tandis que les chercheurs du groupe Bonifazi synthétisent ces molécules de manière à ce que les propriétés précédemment calculées se manifestent finalement. Leur vision commune est de rendre la technologie solaire ordinaire et de l’intégrer dans notre vie quotidienne.
La chimie au service de la transition énergétique
La transition énergétique est l’un des plus grands défis de notre époque, et la chimie joue un rôle clé dans ce processus. Comment remplacer les combustibles fossiles tels que le charbon, le gaz et le pétrole ? À l’avenir, nous pourrions recourir à l’hydrogène, au méthanol ou aux carburants liquides synthétiques pour alimenter nos véhicules et nos industries. Beaucoup d’énergie sera toutefois nécessaire pour fournir ces produits chimiques, et elle devra provenir de sources renouvelables.
L’énergie solaire est l’une de nos plus grandes espérances. En une heure seulement, le soleil irradie autant d’énergie sur la Terre que l’humanité en utilise en un an. Et si nous pouvions exploiter au moins une partie de cette ressource inépuisable et la convertir directement en porteurs d’énergie chimique ?
La photosynthèse : un modèle pour l’homme
La nature maîtrise ce tour de force depuis environ 3,5 milliards d’années – nous connaissons ce processus sous le nom de photosynthèse. C’est le processus complexe qui capture l’énergie de la lumière du soleil dans les feuilles des plantes et l’utilise pour convertir le CO2 inhalé en molécules de sucre. Les plantes utilisent ensuite le sucre comme carburant pour leur croissance et leur développement.
Si ce principe ingénieux de la nature pouvait être appliqué aux processus industriels gourmands en énergie de l’homme, les applications possibles seraient polyvalentes et prometteuses.
« C’est un scénario dont le monde entier devrait rêver : prendre des matières premières bon marché, comme l’eau, l’air et la lumière du soleil et en extraire de l’énergie stockable et des produits chimiques », explique Leticia González.
En synthèse
Les chercheurs cherchent à créer une « feuille artificielle », un système qui capte l’énergie lumineuse et la rend directement disponible pour la production de toutes sortes de produits chimiques. Pour cela, ils ont besoin de blocs de construction chimiques capables de réaliser exactement cela.
Les groupes de recherche travaillent en équipe pour identifier les meilleurs candidats et les tester en laboratoire. Ils utilisent des simulations informatiques pour prédire les propriétés des molécules candidates et filtrer les combinaisons les plus prometteuses parmi les nombreuses combinaisons théoriquement possibles.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’une « feuille artificielle » ?
Une « feuille artificielle » est un système qui imite le processus de photosynthèse des plantes, captant l’énergie lumineuse et la rendant directement disponible pour la production de produits chimiques.
Comment les chercheurs créent-ils ces « feuilles artificielles » ?
Les chercheurs utilisent des simulations informatiques pour prédire les propriétés des molécules candidates. Ils synthétisent ensuite ces molécules en laboratoire pour vérifier si elles possèdent effectivement les propriétés prédites.
Quel est le rôle de la chimie dans la transition énergétique ?
La chimie joue un rôle clé dans la transition énergétique. Elle permet de créer de nouvelles formes de carburants et d’énergie, comme l’hydrogène, le méthanol ou les carburants liquides synthétiques, qui pourraient remplacer les combustibles fossiles.
Qu’est-ce que la photosynthèse ?
La photosynthèse est le processus par lequel les plantes capturent l’énergie de la lumière du soleil et l’utilisent pour convertir le CO2 inhalé en molécules de sucre. Ces molécules de sucre servent ensuite de carburant pour la croissance et le développement des plantes.
Quels sont les avantages de l’utilisation de l’énergie solaire ?
L’énergie solaire est une ressource inépuisable. En une heure seulement, le soleil irradie autant d’énergie sur la Terre que l’humanité en utilise en un an. Si nous pouvions exploiter une partie de cette énergie et la convertir directement en porteurs d’énergie chimique, nous pourrions réduire notre dépendance aux combustibles fossiles.
Références
Légende illustration principale : Les équipes dirigées par Leticia González et Davide Bonifazi de l’université de Vienne recherchent des composés qui absorbent efficacement la lumière – une pièce du puzzle dans la quête de la photosynthèse artificielle. L’image montre des tubes est contenant différentes molécules fluorescentes – les photons qui frappent ces molécules excitent les électrons, ce qui entraîne l’émission de lumière. Les propriétés des molécules déterminent la couleur. Le tube du milieu contient un composé témoin qui n’est pas fluorescent. Crédit : Alexander Bachmayer
Sources : Université de Vienne
