Une électrolyse de l'eau par l'énergie solaire
Si l'on parvenait à ne plus dépendre totalement des carburants fossiles pour produire de l'énergie, les avantages seraient considérables pour notre planète. Cela permettrait d'éliminer les différences géopolitiques qui menacent la sécurité de l'énergie et limiter les émissions reconnues par tous comme étant la principale raison du changement climatique. De nombreuses recherches visent à faire de l'hydrogène un vecteur d'énergie. Bien que la production d'hydrogène constitue un secteur en plein essor, la plupart des techniques utilisent des hydrocarbures (carburants fossiles) comme source d'énergie. Grâce aux fonds débloqués par l'UE, les scientifiques ont lancé le projet WATERSPLIT («Modular ligands for water splitting») en vue de créer de nouveaux catalyseurs favorisant le transfert couplé proton/électron nécessaire à l'électrolyse de l'eau par énergie solaire. Ils ont notamment tenté de créer des catalyseurs pour l'électrolyse et la réduction de l'eau à l'hydrogène moléculaire (H2) dont l'activité, les spécificités et le rendement sont nettement supérieurs aux solutions actuellement disponibles. Les chercheurs se sont concentrés sur l'utilisation d'éléments métalliques de transition facilement accessibles, sans conséquence pour l'environnement et peu coûteux. Ils ont ainsi créé des complexes de coordination homogènes composés d'un cation métallique central auquel venaient se greffer des ligands à charge négative. Les études portant sur les mécaniques de formation du produit et la caractérisation des propriétés catalytiques ont permis d'isoler de nouvelles familles de catalyseurs pour l'oxydation de l'eau (COE) et de catalyseurs de réduction de l'eau (CRE) très efficaces. Les COE du projet WATERSPLIT se basent sur un élément facilement accessible et sans danger: le fer. L'équipe a caractérisé le noyau métallique affectant l'activité. Ces aspects seront particulièrement utiles pour la mise au point d'autres systèmes et transformations catalytiques. Par ailleurs, les chercheurs ont identifié un intermédiaire de réaction pouvant faire office de modèle pour le complexe photosystème II, qui constitue la première étape de la photosynthèse. Les CRE à base de cobalt peuvent eux aussi faire office de photocatalyseurs et électrocatalyseurs. L'analyse mécaniste et la caractérisation des COE et CRE formés à partir de métaux de transition abondants et sans danger pour l'environnement ouvrent la voie à la création de nouveaux catalyseurs plus efficaces. Grâce à un rendement supérieur, l'électrolyse de l'eau par énergie solaire pour la production de H2 permettrait de ne générer quasiment aucune émission.
Mots‑clés
Solaire, électrolyse de l'eau, hydrogène, catalyseurs, ligands modulaires
