Les panneaux photovoltaïques ne captent qu'une infime partie du rayonnement solaire pour produire de l'électricité. Plus efficaces, les plantes possèdent un système complexe de capteurs qui peut servir d'inspiration pour améliorer la technologie.
Comment, à partir d'une boule de gaz en fusion brillant à 150 millions de kilomètres de nous, parvenons-nous à produire de l'électricité ? Pour faire simple, un photon de lumière doit frapper une cellule solaire (ou cellule photovoltaïque), cela va générer un flux d'électrons qui, bien positionnés, créeront un courant électrique.
Facile ? Pas forcément. Si cette technologie est au cœur du fonctionnement des panneaux solaires, elle souffre d'un problème : toute la lumière captée ne peut pas être utilisée pour créer de l'électricité. Selon le Ministère de la Transition énergétique, les meilleures cellules solaires permettent un rendement maximal de 22 %. Tout le reste de la lumière solaire est comme perdu ou n’est pas utilisé pour être converti en électricité. « La question principale est : comment absorber cette lumière, détaille Frank Würthner, spécialiste des nanosystèmes à l'université de Wurtzbourg, en Allemagne. L'idéal serait d'avoir accès à tout le spectre de la lumière. »
Comment imiter les plantes ?
Le principe de base est d'utiliser du silicium. Un matériau panchromatique qui capte l'intégralité du spectre lumineux. Avec une limite toutefois : il ne récupère finalement qu'une petite partie de l'ensoleillement. Pour capter un peu plus de lumière, il est possible d'empiler plusieurs couches de silicium, mais en conséquence, les panneaux deviennent épais, lourds, et peu pratiques.
Pour étendre cette capacité d'absorption, Frank Würthner a publié une étude dans laquelle il décrit un dispositif inspiré d'un allié de poids : les plantes. Chez les végétaux, mais aussi certaines bactéries qui subsistent par photosynthèse, il existe un système extrêmement complexe pour collecter la lumière. Des antennes constituées de chromophores, un ensemble d'atomes qui absorbent ou rejettent certaines parties du spectre de la lumière.
« C'est très efficace, mais c'est aussi très sophistiqué, précise Frank Würthner. Il faut un assemblage très précis pour recréer cette capacité d'absorption. »
Actuellement, la technologie des panneaux solaires s'inspire déjà du fonctionnement des plantes, avec un système de teintures organiques qui imitent le réseau de chromophores. Seulement, cela mène à un autre problème : ces fines couches d'à peine 100 nanomètres d'épaisseur capturent, certes, une grande partie de la luminosité, mais uniquement sur une longueur d'onde très réduite. Sur une seule couleur parmi le spectre visible, par exemple. « Pour améliorer cela, nous avons utilisé quatre teintures différentes, raconte le chercheur. Et nous avons cherché la meilleure architecture pour améliorer le rendement. »
Des expériences deux fois plus efficaces que les panneaux du marché
C'est dans cet assemblage que la différence se joue. Les quatre couches absorbent respectivement le rouge, le violet, le bleu et l'ultraviolet, mais si elles sont agencées correctement, elles couvrent tout le spectre lumineux à la fois dans la lumière visible et dans l'ultraviolet. Résultat, elles deviennent panchromatiques comme le silicium, mais aussi plus efficaces pour capter une grande quantité de lumière tout en gardant une épaisseur très limitée comme les systèmes à base de teintures organiques.
En couplant la polyvalence du silicium avec la forte capacité d'absorption des teintures organiques, l'expérimentation a abouti à des cellules solaires qui captent correctement 38 % de la lumière du Soleil, ce qui est près du double des panneaux solaires classiques. Une performance surtout due à l'architecture du système puisque, pris indépendamment, les quatre couches de teinture n'arrivent à capter qu'entre 1 et 3 % de la lumière.
« Ce n'est qu'une recherche préliminaire, tempère Frank Würthner. Nous n'en sommes qu'au système de captation de la lumière, et il reste à savoir comment la récupérer efficacement pour produire de l'électricité, c'est un long processus. »
il ne faut PLUS mélanger énergie climat et pollution ! les accords de Paris n'ont dangereusement pas pris en compte le principal Gaz à Effet de Serre qui est la vapeur d'eau (60% des effets source GIEC, contre 26% pour le CO2). L'eau de l’atmosphère régule les températures des continents depuis des millions d'années mais cette hypothèse a été écartée dès le début en pensant que les activités humaines n'avaient pas d'impact sur l'eau , or il est maintenant prouvé que la disparition de la couverture végétale des continents (déforestation) coupe le cycle de l'eau et provoque les phénomènes climatiques actuels : inondations, sécheresses, canicules et feux ! #pasdeclimatsanseau Depuis plus de 30 ans les climatologues disent bien, qu’avec le dérèglement climatique, il n’y aura pas moins d’eau mais une dégradation de la répartition annuelle des pluies : inondations l’hiver et sécheresse l’été, exactement le scénario qui s’installe durablement en France et partout dans le monde. Une pluie même forte n’est pas un raz de marée mais elle le devient automatiquement quand on ne régule pas les ruissellements en amont des bassins versants. Le bon sens aurait voulu qu’on anticipe en construisant des retenues en amont des villes pour maintenir un débit acceptable et plus régulier en aval tout au long de l’année, mais depuis quelques années l’administration ordonne la destruction des ouvrages sur les rivières au nom de la continuité écologique, ce qui a amplifié massivement un phénomène parfaitement prévisible : quand l’eau s’écoule plus vite elle s’écoule moins longtemps ! La France et l'Europe font systématiquement et méthodiquement l'inverse de ce qu'il faut faire, à commencer par détruire les barrages quand on manque d'eau et d'énergie ...
Silicium, pas silicone !
Merci pour cette remarque constructive - nous avons rectifié.
Très bien d'imiter les plantes pour capter l’énergie solaire et vouloir créer de l'électricité.
J'ai coutume de dire à mes amis que j'ai installé sur mon terrain de grandes surfaces de panneaux solaires qui stockent l'énergie solaire pendant de nombreuses années et me la restituent particulièrement en hiver pour me chauffer et m’alimenter en électricité...
En réalité, ceux sont mes arbres qui sont mes panneaux solaires et le stockage, ceux sont mes bûches de bois qui brûlent suivant mes besoins, et par cogénérations me créent de l'électricité.
C'est bien de développer une haute technologie, un challenge d'expert. Je suis pour le développement des sciences et techniques.
"une boule de gaz en fusion", du "silicone"... Je n'irai pas plus loin dans cette lecture inutile. N'est pas journaliste qui veut, un minimum de connaissances est requis!
S'il vous plaît... évitez de faire de mauvaises traductions de l'anglais en confondant "silicon" (silicium en français) avec "silicone" (silicone en français). Le résultat est passablement ridicule et montre que vous ne maîtrisez absolument pas le sujet...
Merci de votre lecture attentive. Effectivement, c'est une erreur.