Les feuilles artificielles luttent contre le changement climatique et deviennent l'avenir de l'énergie

Le monde est devenu vivable pour les primates comme nous grâce à la photosynthèse réalisée par les feuilles et aujourd'hui les scientifiques travaillent à créer sa variante artificielle pour résoudre à nouveau beaucoup de nos problèmes, écrit Satyen K. Bordoloi.

À l’époque des dinosaures, la Terre n’était pas prête à accueillir les humains. L'atmosphère était riche en dioxyde de carbone. Mais les arbres et leurs feuilles étaient énormes. Cela signifiait qu’ils utilisaient la lumière du soleil, absorbaient du dioxyde de carbone et libéraient de l’oxygène dans un processus que nous appelions photosynthèse. L’oxygène dans l’atmosphère a augmenté – et, avec d’autres facteurs comme le refroidissement de la planète et la diversité végétale – a ouvert la voie à l’émergence des primates.

Le monde a ainsi été rendu vivable pour les humains grâce aux arbres et à leurs feuilles. Alors que le monde traverse une nouvelle crise – une crise climatique d’origine humaine – les scientifiques retournent dans les feuilles pour sauver la planète pour nous. Seule différence : cette fois, les feuilles sont artificielles, artificielles et ébréchées. Les scientifiques du monde entier parient sur eux pour résoudre une multitude de nos problèmes actuels, du changement climatique à la production de carburant propre et abondant. Même si ce domaine n’a pas encore rattrapé son retard, il a le potentiel de changer le monde de bien plus de façons que nous ne pouvons l’imaginer aujourd’hui.

Le besoin humain en énergie a explosé. Pourtant, nous ne pouvons pas brûler davantage de combustibles fossiles pour les produire, car ils libèrent des gaz à effet de serre. Comme le montrent Tchernobyl et Fukushima, l’énergie nucléaire comporte ses propres dangers. La technologie des feuilles artificielles, inspirée de la photosynthèse, est l’une des technologies les plus prometteuses de ces dernières décennies. La raison est simple : au lieu de polluer, il absorbe du dioxyde de carbone polluant et rejette de l’oxygène tout en produisant du carburant pour nos besoins. Ainsi, si nous pouvions reproduire cela à grande échelle, nous pourrions non seulement créer de l’énergie verte, mais aussi dépolluer le monde.

Le problème est que la photosynthèse est une réaction chimique complexe et difficile. Bien que les plantes donnent l’impression que cela est facile – grâce à des millions d’années d’évolution – cela implique en réalité un ensemble complexe de processus, notamment la capture de la lumière du soleil et la division des molécules d’eau pour produire des protons qui se joignent au dioxyde de carbone atmosphérique pour produire de l’énergie nécessaire à la croissance de la plante. Malgré des millions d’années de pratique, les usines ne parviennent au mieux qu’à atteindre un rendement de 1 pour cent. Quelle chance avions nous, les humains ?

Il s'avère que c'est beaucoup. Ce que les scientifiques ont réalisé, c'est qu'ils pouvaient mélanger trois branches de la science : la chimie, la biologie et l'informatique pour produire une sorte de version bionique d'une feuille naturelle qu'ils appellent feuille artificielle ou feuille bionique.

À travers les âges, les humains ont observé comment les plantes étendaient leurs feuilles vers le soleil pour absorber la lumière qui atteint la Terre. Nous rêvons depuis des lustres si nous pouvions nous aussi construire quelque chose qui pourrait imiter cela. Même si la technologie n’existait pas lorsque l’idée est venue aux humains, à l’ère du numérique, nous disposons désormais des ressources nécessaires pour le faire.

Le terme « feuille » est un abus de langage, mais il constitue pourtant un guide. Un terme inapproprié car ces appareils sont des gadgets numériques dotés de puces et d’électrodes. Guider la lumière car son principe de base est le même que celui d'une feuille : la photosynthèse : disposer d'une grande surface exposée au soleil pour capter son énergie, absorber les composés disponibles dans l'air pour produire autre chose.

Les panneaux solaires sont également constitués de puces et fonctionnent grâce à l’énergie du soleil. Pouvez-vous appeler des panneaux solaires des feuilles artificielles ? Pas vraiment car si le principe est similaire, ce n'est pas le même. Les panneaux solaires captent simplement l'énergie du soleil et la convertissent en énergie électrique que nous pouvons utiliser pour nos besoins. Lorsque nous parlons de feuilles artificielles, nous entendons un autre niveau de complexité : la capacité de capter également les gaz et les composés de l’air – tout comme le font les feuilles – et de les transformer en quelque chose d’utile pour nous.

La première véritable avancée dans la création d’une feuille bionique a été réalisée en 2011.

En 2011, des chercheurs du MIT dirigés par le professeur Daniel Nocera ont produit un dispositif qui, comme les feuilles, pourrait transformer l'énergie solaire directement en carburant chimique. La beauté de leur feuille artificielle était qu’elle ne nécessitait aucun fil ou commande externe pour fonctionner. Il s’agissait essentiellement d’une cellule solaire en silicium avec divers matériaux catalytiques liés sur ses deux faces. Lorsqu’elle était placée dans l’eau et exposée au soleil, l’eau bouillonnait. C'étaient des bulles d'oxygène d'un côté et d'hydrogène de l'autre. Placées dans un récipient qui pourrait constituer une barrière pour séparer les deux côtés, les bulles pourraient être collectées pour être utilisées pour faire diverses choses avec elles, notamment produire de l'énergie en les alimentant dans une pile à combustible. Bien que cet appareil puisse être utilisé dans une configuration sans fil, s'il était câblé, son efficacité de séparation de l'eau est passée de 2,5 % à 4,7 %. Le document détaillant la même chose peut être lu ici.