La nature pour inspirationLe Pr Nocera et son équipe du MIT (Massachussetts Institute of Technology) ont développé une technologie « bio-inspirée » qui permet de reproduire artificiellement la photosynthèse naturelle[1] et de créer à faible coût une énergie durable, bon marché et ultraportable.Jusqu’à présent, les scientifiques savaient expliquer les différentes étapes de la photosynthèse, mais ils ne savaient pas l'imiter sans recourir à l’électrolyse, un procédé qui réclame une source d'énergie extérieure importante et coûteuse. Sans éolienne, panneaux photovoltaïques, centrale (traditionnelle ou nucléaire), usine marée motrice (barrage)... pour fournir l'électricité nécessaire, impossible de reproduire la photosynthèse. Certes, il était possible de produire et de stocker l'énergie, mais seulement en employant les grands moyens… Compte tenu du coup de l’opération, le bilan est plutôt décevant finalement. La grande nouveauté apportée par le Pr Nocera est de parvenir à reproduire la photosynthèse sans recourir à l’électrolyse.
Une énergie durable, bon marché et ultraportable dans moins de 5 ans ?La solution de Daniel Nocera a toutes les chances de devenir « l’énergie du futur », car elle présente le double avantage d’être plus respectueuse de l’environnement tout en étant accessible financièrement aux populations des pays qui ne disposent pas d’énergies fossiles. Selon les concepteurs de la solution, il suffit de jeter la « feuille artificielle » composée d’une cellule solaire en silice et de matériaux catalytiques dans un récipient d'eau ordinaire (même polluée…) et de l’exposer au soleil pour séparer, selon le processus de la photosynthèse, l’oxygène de l’hydrogène (qui composent les molécules d’eau) et ainsi générer un courant électrique. Un procédé[2] qui permet donc de produire de l’hydrogène, mais aussi de le stocker (ce que permet difficilement l’électricité) avant de l’utiliser comme source d’énergie dans une pile à combustible.La feuille de l’équipe du MIT n’a besoin que de la lumière du soleil pour créer son électricité et utilise des matériaux peu onéreux et abondants dans la nature (silice, le cobalt ou le nickel…) alors que les processus utilisés jusqu’à maintenant faisaient intervenir des solutions corrosives et des matériaux catalytiques rares et coûteux (du platine notamment). Même s’il reste à améliorer les problèmes de collecte et de stockage, cette technique très innovante pourrait fournir une énergie durable et bon marché au monde entier. De nombreux laboratoires travaillent ardemment sur ces questions aux quatre coins de la planète et le Pr Nocera annonce des progrès rapides et fait le pari de commercialiser ce procédé d’ici à quatre ou cinq ans« Tel un prêcheur, je parcours le globe pour diffuser la bonne parole… » se décrit lui-même le Pr Nocera, une lueur malicieuse traversant ses prunelles dorées. « J’espère convaincre les scientifiques du monde entier de s’engager sur cette voie de recherche ». Ne nous y trompons pas, « Preacher Nocera » est tout sauf un illuminé. Ce respecté chimiste, titulaire de la chaire « Henry Dreyfus Professor of Energy »au MIT, vient en effet de publier les résultats de ses remarquables expériences dans Science magazine[3] le 29 septembre dernier. Des recherches financées en partie par le milliardaire indien, Ratan Tata, qui vient de signer un accord avec lui pour construire une petite centrale électrique (de la taille d’un réfrigérateur) dans les 18 prochains mois dans l’espoir de pouvoir ensuite commercialiser le procédé mis au point dans le laboratoire du MIT. Le propriétaire des automobiles Tata Motors partage, en effet, la même « vision » que Daniel Nocera : l’énergie du futur doit être « durable » et accessible aux plus pauvres partout dans le monde. C’est aussi en cela que les travaux du Pr Nocera sont révolutionnaires : ils sont porteurs d’espoir pour les populations des pays non producteurs d’énergies fossiles.
Rencontre avec un chercheur-humanisteCertes, les chimistes ne sont pas les alchimistes d’antan et aujourd’hui plus personne n’essaie de changer le plomb en or… Cela étant dit, les alchimistes des Temps modernes que sont les chimistes sont tout de même parvenus à transformer du pétrole en or noir ! Assurément, l’idée de fabriquer à moindre coût une énergie peu polluante et dont bénéficierait l’humanité tout entière a de quoi faire rêver. Les chimistes du XXI° siècle réussiront-ils à transformer des feuilles artificielles en énergie durable, en or « pur », les « alchimistes » qui sauront comment transformer l'eau en énergie avec un zeste de soleil... tout en faisant la fortune de leurs mécènes en même temps que le bonheur de l’humanité ? « Notre but est que chaque maison d’Inde ou d’Afrique possède bientôt sa propre centrale électrique. ». Dixit le Pr Nocera. Un discours non conformiste qui semble faire des émules. Voilà en tous les cas l’immense défi que semblent prêts à relever les scientifiques de plus en plus nombreux qui marchent sur ses traces.Le Pr Nocera était de passage à Paris la semaine dernière. Je l’ai interviewé à l’issue de sa conférence intitulée « The artificial leaf » (« La feuille artificielle »), dans le cadre du colloque sur les technologies bio-inspirées de la Fondation Ecologie d’Avenir[4] au CNAM. Entretien avec un personnage à l’enthousiasme communicatif, un chercheur-humaniste motivé par une conviction contagieuse magnifiquement résumée par Aristote : « Le progrès ne vaut que s’il est partagé par tous. ». En langage « nocerien », cela signifie qu’il serait grand temps de penser différemment pour trouver des solutions originales. Temps aussi de les partager avec le monde entier afin de rétablir un certain équilibre entre populations des pays riches et celles des pays pauvres.____________________
Véronique Anger : Pensez-vous avoir une chance de décrocher le prochain prix Nobel de chimie ?Daniel Nocera: Moi ? Oh… non ! Je ne m’inquiète vraiment pas de cela, parce que la seule récompense qui me tiendrait réellement à coeur serait de réussir à aider les gens pauvres à accéder à une énergie bon marché. La science ne s’occupe pas des pauvres, alors que c'est cela qui importe vraiment pour moi : mettre la science au service des pauvres.
VA: Votre discours de scientifique est assez inhabituel. Pourquoi tenez-vous tant à aider les pauvres, vous êtes un altruiste ?DN: C’est égoïste en fait. La plupart des gens pensent que j’ai envie d’aider les gens pauvres parce que je suis une bonne personne, alors qu’en réalité ce sont les gens pauvres qui vont m'aider… En France, en Europe, tout comme en Amérique d’ailleurs, nous avons du mal à adopter de nouvelles technologies parce que beaucoup d'autres technologies énergétiques existent déjà et sont difficiles à remplacer pour des raisons économiques et politiques. Nous avons déjà trop investi dans ces technologies. Je dis seulement aux pauvres gens : aidez-moi ! Les pays pauvres peuvent aider le monde en lui montrant une nouvelle façon de travailler. Une autre raison de travailler avec les pays pauvres est qu’ils n’ont pas hérité d’une énergie imposée, il est donc plus facile de créer une technologie nouvelle. Vous n’avez pas à vous battre contre les lobbies du pétrole ou du nucléaire pour vous imposer sur le marché de l’énergie. Les pays pauvres non producteurs d’énergies fossiles ne disposent ni des infrastructures, ni d’un « passé énergétique ». Elles pourraient donc adopter de nouvelles techniques beaucoup plus facilement et beaucoup plus rapidement et, ensuite, enseigner leur savoir-faire au reste du monde. C'est un peu comme lorsque la neige tombe, que tout est pur et qu’il n'y a aucune trace. Alors vous commencez à marcher, vous tracez un chemin et, tout à coup, tout le monde emprunte à peu près le même chemin. Il n’existe pas « d’héritage » qui contraigne les pauvres à suivre les traces de qui que ce soit, et moi je veux montrer le chemin du « solaire » pour l'avenir.
VA: Pensez-vous que l’énergie solaire sera la principale énergie utilisée dans le futur?DN: Je pense que le solaire sera l’énergie de l’avenir. Je le crois vraiment. Mais le photovoltaïque ne fonctionne que lorsque le soleil brille, or vous avez besoin d’une technologie de stockage efficace pour pouvoir utiliser le photovoltaïque quand vous en avez besoin, c’est-à-dire même sans ensoleillement. En réalité, je n’ai pas besoin d’utiliser des panneaux solaires pour faire fonctionner mon procédé, car les feuilles artificielles intègrent naturellement le photovoltaïque. Vous savez pourquoi je suis sûr que l'énergie solaire ouvrira la voie ? Parce que l'énergie solaire et la photosynthèse ont commencé sur Terre il y a plus de 2 milliards d'années. Les êtres humains ont essayé quelque chose de différent depuis seulement 150 ans et il s’avère que ça ne fonctionne pas aussi bien que cela. Nous allons donc revenir à ce qui a fait ses preuves depuis deux milliards d'années… le solaire ! Tout simplement parce que la centaine d’années à utiliser du combustible fossile (polluant, cher…) n’a pas été suffisamment satisfaisante.
VA: Je crois que M. Ratan Tata, le milliardaire indien propriétaire de Tata Motor s’intéresse beaucoup à votre projet. A-t-il investi dans vos recherches ? Dans combien d'années pensez-vous qu’il sera possible de commercialiser votre technologie?DN: Je ne parle pas à la place de M. Tata qui dirige un grand conglomérat, mais vous avez lu ses déclarations dans The Economist ? Il dit que nous devons vraiment commencer à prêter attention à la classe moyenne naissante du monde. En cela, nous avons la même vision. M. Tata partage également ma vision, selon laquelle la lumière du soleil et l'eau est un procédé simple de produire de l’énergie. C’est la voie à suivre pour l'avenir, pour pouvoir fournir de l’énergie durable et bon marché aux pauvres.M. Tata s’est engagé à investir dans la construction d’une petite centrale électrique qui utilisera notre solution. Pour l'instant, la technologie de « la feuille artificielle » est encore au stade expérimental. Le combustible fossile reste bon marché, il est donc difficile de pénétrer le marché. En tous les cas, je travaille dur pour ça ! J’essaie d'inspirer la communauté scientifique du monde entier pour qu’elle y travaille dur elle aussi et j’espère que la production commerciale sera possible dans un délai de 4 à 5 ans.
VA: Vous présentez la technologie de « la feuille artificielle » partout dans le monde ?DN: Oui, partout. Je veux partager mon travail avec les scientifiques du monde entier. Je me sens un peu comme un « prêcheur » qui essaie de faire réfléchir les gens, de les faire penser d'une manière différente. J’ai envie qu’ils se lèvent le matin en étant positifs, qu’ils soient capables de penser autrement…
VA: Qu’avez-vous pensé du public qui assistait à votre conférence ce matin au CNAM ?DN: Je suis très content d’avoir participé à ce colloque. J’ai été très impressionné par les questions et par le fait que, parmi l’assistance, beaucoup de personnes travaillaient dans le secteur de l'industrie nucléaire. Que ce type de public se déplace à un colloque comme celui-ci me semble un message très positif pour la France. Je pense que c'est très bon signe pour l'avenir. Vos scientifiques font preuve de curiosité en venant m’écouter et en discutant avec moi après mon exposé. Des gens comme Martha Heitzmann[6] par exemple, de la direction de la Recherche et de l’Innovation d’Areva, sont venus me voir. C'est un très bon signe pour la France : il est toujours bon d’écouter les autres ! Ils souhaitent contribuer à l’émergence d’une nouvelle science et gardent les yeux et l’esprit grand ouverts pour trouver de nouvelles solutions.
Par Véronique Anger-de Friberg. Version française de l’interview réalisée le 14/10/2010.English version__________________Ce qu’il faut savoir à propos du Pr Daniel Nocera :Le Pr Daniel Nocera est chimiste, spécialiste de la chimie inorganique, professeur de chimie au MIT, titulaire de la chaire « Henry Dreyfus Professor of Energy ». Ses travaux ont permis de développer un catalyseur pour la réductionde l'eau en hydrogèneen employant des sels de cobalt et du phosphate. Il est membre de la National Academy of Sciences (Académie nationale des Sciences, USA) depuis 2009 et il a reçu (entre autres distinctions) le « MIT School of Science Prize for Excellence in Undergraduate Teaching » en 2005 et le American Chemical Society Award in Inorganic Chemistry en 2009. Il est, par ailleurs, directeur de publication de la revue scientifique ChemSusChem (publication d’articles à l'interface de la chimie et de la durabilité.Daniel Nocera dirige également la société Sun Catalytix, une société de stockage d'énergies renouvelables créée pour commercialiser la science révolutionnaire du laboratoire de recherche du Professeur Daniel Nocera au MIT. Avec la nature comme inspiration, Sun Catalytix essaie de combiner la lumière du soleil et l'eau pour fournir à grande échelle et à un prix abordable de l'énergie renouvelable. Sa bio
[1] « Processus bioénergétique qui permet aux plantes et à certaines bactéries de synthétiser de la matière organique en exploitant la lumière du soleil. Les besoins nutritifs de ces organismes sont dudioxyde de carbone, de l’eau et des sels minéraux. La photosynthèse est à la base de l'autotrophie de ces organismes. La photosynthèse est la principale voie de transformation du carbone minéral en carbone organique ». (Source : Wikipédia).[2] Les bulles d’oxygène et d’hydrogène produites par photosynthèse sont placées dans une pile à combustible où s’effectue la réaction inverse : l’hydrogène et l’oxygène se recombinent pour produire de l’eau et de l’électricité.[3] Wireless Solar Water Splitting Using Silicon-Based Semiconductors and Earth-Abundant Catalysts (Steven Y. Reece, Jonathan A. Hamel, Kimberly Sung, Thomas D. Jarvi, Arthur J. Esswein,Joep J. H. Pijpers and Daniel G. Nocera. Science 29 September 2011: 1209816. Published online 29 September 2011[DOI:10.1126/science.1209816]. En ligne sur le site de Science : http://www.sciencemag.org/content/early/2011/10/04/science.1209816.abstract?sid=09b14da0-ef9c-4c1b-9a8f-d52c7ae1e311[4] Colloque « Technologies bio-inspirées » au Conservatoire National des Arts et Métiers le vendredi 14 octobre 2011 de 9H à 17H, sous la direction de Marc Fontecave, Claude Allègre et Christian Amatore. Conférenciers : Daniel Nocera (MIT), Vincent Artero (CEA), Yann LeCun (université de New York), Yves Bréchet (Grenoble-INP), Peter Fratzl (Max-Planck Institut) et Clément Sanchez (Collège de France). Une rediffusion en ligne est prévue sur le site de la Fondation[5] L’expression Smart grid s’inspire de power grid, qui désigne le réseau de distribution d'électricité en mettant l’accent sur « l’intelligence », valeur ajoutée par l’informatique au réseau de distribution d’électricité, en permettant d’optimiser la production et la distribution d’énergie et en mettant en relation producteurs et consommateurs d'électricité en fonction de l'offre et de la demande.[6] Martha Heitzmann a quitté la direction de la Recherche et Développement du groupe Air Liquide pour rejoindre le groupe Areva, en mars 2011, en tant que directeur de la Recherche et de l’Innovation. Elle est, par ailleurs, membre des Conseils d'Administration du CNRS, d'AREVA Med et du CEA et membre du Comité Scientifique et Ethique.
___________________Pour aller plus loin :- La vidéo d MIT : « The artificial leafe » sur Youtube- La vidéo de Daniel Nocera sur Youtube : « Dan Nocera : personalized energy »- Le site du Pr Daniel Nocera : Sun Catalytix- Le laboratoire de Sun Catalytix (vidéo)- « Une feuille artificielle reproduit la photosynthèse pour créer de l’énergie » (dépêche AFP du 29/09/2011). Ou, en intégral à la fin de ce « Di@logue Stratégique »).- « Tata signs up MIT energy guru for power from water » (livemint.com. The Wall Street Journal. March 23, 2011)- Lire l’interview de Marc Fontecave professeur au Collège de France, « Technologies bio-inspirées : quand la nature est une inépuisable source d’inspiration ».__________________Une feuille artificielle reproduit la photosynthèse pour créer de l'énergie(Dépêche AFP) – 29 sept. 2011WASHINGTON — Des chercheurs américains ont créé une feuille artificielle capable de transformer la lumière du soleil directement en énergie pouvant être stockée pour être utilisée ultérieurement, selon leurs travaux publiés vendredi dans la revue américaine Science.Cette feuille -- une cellule solaire en silice avec différent matériaux catalytiques attachés sur les deux côtés-- ne nécessite aucun branchement externe ni de circuit de contrôle pour la faire fonctionner, expliquent-ils.Il suffit de placer cette feuille dans un récipient rempli d'eau et exposé à la lumière du soleil, précise Daniel Nocera, professeur au Massachusetts Institute of Technology (MIT), le principal auteur de cette communication datée du 30 septembre.La feuille commence alors rapidement à produire des flots de bulles d'oxygène sur un côté et d'hydrogène sur l'autre.Si cette feuille est mise dans un conteneur avec une paroi séparant ses deux faces, les bulles produites peuvent alors être récupérées et stockées pour être utilisées ensuite afin de produire de l'électricité.Ainsi, en plaçant les bulles d'oxygène et d'hydrogène dans une pile à combustible elles se combinent de nouveau en eau tout en produisant de l'électricité dans ce processus, explique le professeur Nocera.Cette feuille est entièrement composée de matériaux abondants et bon marché comme surtout la silice, le cobalt et le nickel et fonctionne dans de l'eau ordinaire, précise-t-il.Les autres systèmes pouvant utiliser la lumière du soleil pour séparer l'oxygène de l'hydrogène formant l'eau utilisaient des solutions corrosives ou des matériaux assez rares et chers, tel le platine.Cette dernière feuille artificielle consiste en une couche fine de semi-conducteurs en silice, le matériau utilisé dans la fabrication de la plupart des cellules solaires.Ces semi-conducteurs transforment l'énergie solaire en un flot continu d'électricité sans fil à l'intérieur de la feuille.Une couche de cobalt comme catalyseur qui libère l'oxygène un carburant potentiel.L'autre face de la feuille de silice est recouverte d'une couche d'un alliage de nickel, de molybdène et de zinc qui permet de libérer l'hydrogène des molécules d'eau."Je pense qu'il va y avoir un vrai potentiel pour cette idée", juge, confiant le professeur Nocera."On ne peut pas être plus portable que cela", poursuit-il soulignant que ce système n'a pas besoin de fil, est très léger et ne requiert pas beaucoup d'équipement supplémentaire autre qu'un système pour capturer et conserver les bulles d'oxygène et d'hydrogène", explique ce chercheur."Il s'agit seulement de jeter la feuille artificielle dans un verre d'eau et l'oxygène et l'hydrogène commencent à émerger", insiste-t-il.Toutefois ce nouveau système n'est pas encore prêt pour la production commerciale, puisque le système de collecte et de stockage notamment reste à développer, relève le professeur Nocera.La création de cette feuille artificielle "est un pas" mais qui "va dans dans la bonne direction", conclut-il.