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Si l'on pouvait réaliser de la photosynthèse artificielle ou produire de l'hydrogène en utilisant l'énergie du Soleil avec des systèmes performants et à bas coût, cela changerait le cours de l'histoire de l'humanité, selon le scénario imaginé par Freeman Dyson dans son livre Le soleil, le génome et Internet.
L'idéal serait d'arriver à construire des cellules photovoltaïques ayant un rendement comparable à celui des plantes. Il se trouve en effet que la chlorophylle est l'une des substances les plus efficaces pour convertir la lumière en énergie électrique. Mais malheureusement, malgré des recherches intensives dans bien des laboratoires de par le monde, les différents dispositifs découverts pour faire de la photosynthèsephotosynthèse artificielle sont encore loin d'égaler les plantes.
C'est visiblement ce qu'ont cherché à faire des chercheurs de l'Institute of Atomic and Molecular Sciences à Taïwan, comme le montre leur article déposé sur arxiv.
Un phototransistor en chlorophylle
Plutôt que d'imiter la chlorophyllechlorophylle, les physiciensphysiciens ont tenté de l'utiliser en l'interfaçant avec un dispositif électronique. L'idée est élégante et ingénieuse, puisque la chlorophylle est naturellement abondante autour de nous.
Une représentation d’une structure en nid d'abeille d'un feuillet de graphène. Le graphite de nos crayons est un empilement de telles structures. © Jannik Meyer
Les chercheurs sont ainsi parvenus à créer une sorte de phototransistor dont on peut imaginer des applications, non pas pour produire directement de l'énergie mais en optronique. Pour réussir cet exploit, ils ont eu l'idée de se servir du graphène, un matériau qui suscite de nombreux espoirs. L'Union européenne ne s'est d'ailleurs pas trompée sur le potentiel de ce matériau miracle, puisqu'elle a décidé de financer des recherches à son sujet à hauteur d'un milliard d'euros.
Pour fabriquer leur phototransistor à chlorophylle, les physiciens ont d'abord connecté deux électrodesélectrodes en argentargent à un feuillet de graphène. Puis ils ont employé une méthode de dépôt nommée « drop casting ». En l'occurrence, il s'agissait de déposer une goutte de liquideliquide contenant de la chlorophylle sur la surface du feuillet de graphènegraphène, et de la laisser s'évaporer. Ils ont alors obtenu un feuillet de graphène recouvert d'une couche de chlorophylle.
Graphène et chlorophylle, une combinaison électrique
Les chercheurs ont constaté que cette couche avait une influence significative sur les propriétés du feuillet de graphène. Lorsqu'il est seul et soumis à une différence de potentiel, on ne constate que le passage d'un faible courant entre les électrodes, même en illuminant le dispositif. Ce n'était plus le cas avec une couche de chlorophylle : lorsque ce pigmentpigment naturel est soumis à un rayonnement d'une fréquencefréquence bien spécifique, le courant passant à travers le feuillet devient beaucoup plus intense. Très clairement, les électrons libérés par la chlorophylle sous l'action des photons de la lumière se retrouvent dans le feuillet de graphène. Selon les chercheurs, on a même un rapport d'un million d'électronsélectrons pour un photonphoton absorbé par la couche de chlorophylle.
Tout ceci n'est encore qu'une curiosité de laboratoire. Mais elle prouve qu'il est possible de créer une symbiose entre des moléculesmolécules de systèmes organiques et des dispositifs électroniques issus de la nanotechnologie. Espérons que cette piste de recherche aboutira et concrétisera les rêves de Dyson, car les prédictions alarmantes du Club de RomeClub de Rome (un groupe de réflexion de scientifiques fondé en 1968) concernant l'avenir de l'humanité ont encore été confirmées dans leur rapport de 2012.
