Hydrogène et photo-corrosion : vers l'énergie propre de demain

Une pile à combustible alimentée en hydrogène est particulièrement propre, puisqu'elle ne produit que de l'eau. Son principe de fonctionnement repose sur le procédé inverse de l'électrolyse : l'hydrogène et l'oxygène se combinent pour former de l'eau et libérer de l'énergie. Une des difficultés majeures réside dans la synthèse et l'approvisionnement en dihydrogène, qui n'existe pas à l'état libre dans la nature. Une solution, surprenante au premier abord, est d'extraire l'hydrogène, à l'échelle industrielle, par électrolyse de l'eau, le rendant disponible sous forme d'un carburant comprimé ou liquéfié. Comme il faut de l'énergie pour extraire l'hydrogène, celui-ci est considéré davantage comme un support d'énergie qu'une source d'énergie.

Des cellules solaires traditionnelles peuvent être employées pour générer l'électricité nécessaire. Mais ce genre de dispositif, en lui-même, n'est pas pratique pour produire de l'hydrogène, puisqu'il faut encore transporter l'électricité vers l'électrolyte. Afin d'éliminer cette étape supplémentaire, on utilise une cellule photoélectrochimique (PEC), permettant une électrolyse directe de l'eau. Dans une telle cellule, les rayons du soleilsoleil frappent un catalyseurcatalyseur spécial submergé dans l'électrolyte. Malgré une efficacité record, les meilleures cellules développées jusqu'à présent ne fonctionnent que pendant 240 heures, avant d'être arrêtées par un phénomène de corrosioncorrosion. Pour remplir leurs objectifs, elles devraient pouvoir tenir au moins 10 000 heures...

La rapiditérapidité à laquelle ces cellules solaires se corrodent préoccupe actuellement une équipe de chercheurs du Stanford Linear Accelerator CenterStanford Linear Accelerator Center (SLAC). A l'aide de rayons Xrayons X « mous » (rayons X de faible énergie), ils scrutent ces cellules PEC, à l'échelle atomique, pour observer les réactions électriques et chimiques se déroulant à la surface du semi-conducteursemi-conducteur. En comprenant le mécanisme fondamental de la photo-corrosion, ils espèrent rendre plus facile le choix des semi-conducteurs. Pour être exploitables, ceux-ci doivent à la fois supporter une exposition directe à l'eau et être capable de convertir efficacement la lumièrelumière solaire en électricité.

Si elles tiennent leurs promesses, les cellules solaires PEC permettraient, à terme, la mise en place d'une infrastructure énergétique propre, alimentée par une source renouvelable d'hydrogène. En attendant, les travaux menés par cette équipe représentent une étape importante dans la quête d'une énergie propre.