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Matière

De l'hydrogène pour stocker les énergies alternatives

Tributaires des conditions météorologiques, les sources alternatives d'énergie comme les panneaux photovoltaïques ou les éoliennes ne seront performantes que lorsque l'on maîtrisera à grande échelle le stockage de l'énergie et sa libération à la demande.

Depuis quelques années, la pile à combustible réversible à membrane échangeuse de protons offre une telle maîtrise à petite échelle. Via l'électrolyse de l'eau, elle transforme en hydrogène l'énergie véhiculée sous la forme d'un courant électrique ; l'hydrogène est alors stocké sous forme de gaz ou d'hydrure dans un réservoir ; en cas de besoin énergétique, il est réacheminé vers la pile, qui effectue la réaction inverse - c'est-à-dire qui oxyde l'hydrogène -, libérant l'énergie contenue dans les molécules d'hydrogène.

Toutefois, à cause de la forte acidité du milieu (nécessaire pour le fonctionnement de la membrane échangeuse de protons), ces réactions ne peuvent être catalysées qu'au platine - un matériau rare, donc coûteux et inenvisageable pour un développement à grande échelle.

Des chercheurs du Laboratoire de chimie et biologie des métaux (CEA-CNRS-Université Joseph Fourier), au CEA de Grenoble, et de l'Institut rayonnement-matière (Iramis) du CEA de Saclay, ont mis au point un dispositif qui permet de s'affranchir du platine. Il est inspiré des propriétés d'une famille d'enzymes, les hydrogénases, produites par certains micro-organismes. Les hydrogénases permettent par exemple à des bactéries des fonds océaniques de récupérer de l'énergie en captant l'hydrogène des remontées de gaz ; à l'inverse, des micro-algues et des bactéries photosynthétiques les utilisent pour relarguer sous forme d'hydrogène le surplus d'énergie récupéré par trop d'ensoleillement. En d'autres termes, ces enzymes jouent le même rôle que le platine dans les piles à combustible réversibles, avec une efficacité comparable. Seul problème : elles sont très sensibles à l'oxygène et difficiles à produire en grande quantité.

Pour pallier ces difficultés, les chercheurs de Grenoble et de Saclay ont construit une électrode en greffant une molécule synthétique de type bisdiphosphine de nickel, qui mime la région catalytique des hydrogénases, à des nanotubes de carbone immobilisés sur un support solide. Par leur géométrie, ces nanotubes offrent une vaste surface pour greffer une grande quantité de molécules ; très bons conducteurs électriques, ils facilitent en outre l'acheminement des électrons, produits par la source d'énergie, vers le site actif du catalyseur.

Testée dans des conditions mimant celles d'une pile à combustible réversible, cette électrode fournit des résultats encourageants, tant pour la production d'hydrogène que pour sa reconversion en eau : si la puissance obtenue en sortie est encore 50 à 100 fois plus faible que celle du dispositif catalysé au platine, les progrès techniques devraient faire gagner un ordre de grandeur d'ici quelques années, espère Vincent Artero, l'initiateur du projet. De surcroît, l'électrode bio-inspirée satisfait aux critères de développement à grande échelle : le catalyseur est stable et à base de nickel, un métal abondant et donc bon marché.

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