Un catalyseur efficace pour maîtriser la photosynthèse artificielle

Une équipe internationale emmenée par un chercheur de l'Institut Català d'Investigacio Quimica (ICIQ) en Espagne a réussi à produire une enzyme permettant une oxydation rapide de l'eau. Cette découverte est une avancée capitale pour la mise en place de solutions énergétiques basées sur l'hydrogène (Table complète - Table étendue).

L'hydrolyse de l'eau, réaction énergétique fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) du vivant

La grande majorité de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) disponible sur Terre (La Terre, foyer de l'humanité, est surnommée la planète bleue. C'est la troisième planète du système solaire en partant du Soleil.) provient du processus fondamental de la photosynthèse. Le monde (Le mot monde peut désigner :) du vivant en dépend presque entièrement et les énergies fossiles - gaz (Au niveau microscopique, on décrit un gaz comme un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi indépendants (pour plus de détails, voir gaz réels).) et pétrole (Le pétrole, du latin petra pierre et oleum huile (soit « huile de pierre »), est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. Énergie fossile, son exploitation est l’un des piliers de l’économie...) - sont issues de la transformation de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. Elle occupe de l'espace et la quantité de matière se mesure à l'aide de la masse...) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés...). Une solution pour résoudre les besoins énergétiques de la planète (Selon la dernière définition de l'Union astronomique internationale (UAI), « une planète est un corps céleste (a) qui est en orbite autour du Soleil, (b)...) serait donc de maîtriser le phénomène de la photosynthèse et plusieurs voies de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) sont actuellement menées dans ce sens.

L'étape première de la photosynthèse est la décomposition de la molécule d'eau en oxygène et ions hydrogène. Pour réaliser ce processus très coûteux en énergie, les plantes font appel à l'énergie lumineuse et à un catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et n'apparaît donc pas dans...) naturel dont le rôle est de favoriser et accélérer la réaction chimique. Cette réaction était la plus difficile à reproduire artificiellement. Jusqu'à maintenant.

Un catalyseur efficace découvert

Les travaux de recherche dans le domaine ont pour priorité de reproduire artificiellement cette réaction chimique avec un rendement au moins aussi bon que celui obtenu naturellement. Il fallait pour cela produire un catalyseur artificiel aussi efficace que le composé de manganèse et de calcium (Mn4CaO5) utilisé par les plantes. L'avantage des chercheurs sur la nature est leur possibilité d'utiliser une palette plus large d'éléments pour cette tâche.

L'équipe internationale de Antoni Llobet a produit un composé de ruthenium qui permet d'obtenir un rendement pour la réaction d'oxydation de l'eau du même niveau que celui observé dans la nature. La force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au...) d'action de ce catalyseur est 60 fois supérieure à celle des catalyseurs artificiels produits jusqu'à présent.

Cette découverte est capitale dans le développement de la filière ( Une filière est une suite de formalités, d'emplois à remplir avant d'arriver à un certain résultat : la filière administrative. En gestion des...) énergétique basée sur l'hydrogène. Cette filière est basée sur un cycle commençant par la production d'hydrogène à partir de l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre, l'énergie...), processus similaire à la première étape de la photosynthèse. L'hydrogène est ensuite utilisé pour alimenter en énergie différents processus pour produire par exemple de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les...) au travers de piles à combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la...). Dans ces processus, le "déchet (Un déchet (détritus, résidu..) est un objet en fin de vie ou une substance issue d'un processus, jugés devenus inutiles ou dangereux ou encombrants, et dont on veut se débarrasser.)" produit est à nouveau de l'eau qui peut être réutilisée dans le premier processus. Ce cycle propre permet ainsi de stocker sous la forme chimique de molécules de dihydrogène l'énergie lumineuse sans produire de déchets