La rouille pourrait devenir une substance magique pour produire de l’électricité à partir des rayons du soleil. L’oxyde de fer a pour lui de solides avantages sur les sources d’énergie actuelles : il est bon marché, stable, non-toxique, et disponible dans tous les pays du globe. Tout le contraire des combustibles fossiles, des minerais utilisés dans nos centrales nucléaires, ou même des terres rares nécessaires à la fabrication de panneaux solaires.
Mais ce n’est quand même pas pour demain. Pour l’instant, c’est une prouesse de laboratoire mise au goût du jour par l’arrivée des nano-technologies : les scientifiques savent maintenant façonner la matière à l’échelle du milliardième de mètre, soit 0,000 000 001 mètre ! Et ce savoir-faire est nécessaire pour dépasser une contradiction qui empêchait jusqu’alors l’exploitation de la rouille comme matériau photovoltaïque.
Pour qu’une couche de rouille absorbe des photons, elle doit être suffisamment épaisse : une couche de 20 nanomètres absorbe maximum 18 % des photons, contre presque 100% si l’épaisseur est portée à 1 micromètre. Mais en même temps, la couche doit être assez fine pour laisser s’échapper les électrons qu’elle peut arracher lors de processus, afin qu’on puisse les utiliser dans un courant électrique. Une couche de 100 nanomètres ne laisse rien passer par exemple.
Pour résoudre ce problème, des chercheurs de l’Université de Haïfa en Israël ont utilisé les nano-technologies pour piéger la lumière dans des « salles d’attentes » garnies de miroirs, où les photons font des va-et-vient jusqu’à ce qu’ils soient absorbés. La couche de rouille ainsi transformée est capable d’absorber 71 % des photons, malgré une épaisseur réduite à 30 nanomètres, assez fine pour laisser passer les électrons.
La rouille peut devenir un véritable piège à photons
Le rendement total atteint 4,9 %, ce qui reste faible mais pourrait suffire à générer une électricité à prix compétitif, dès lors que l’oxyde de fer ne coûte presque rien. Il faudrait néammoins y consacrer de grandes surfaces, comme par exemple les murs des maisons : on pourrait littéralement les pulvériser de rouille photovoltaïque !
Reste un petit problème : on génère au passage de l’hydrogène et de l’oxygène, deux gaz qui ont une fâcheuse tendance à exploser quand ils se rencontrent. Il faut donc trouver le moyens de les stocker de façon séparée. Si les scientifiques y parviennent, le procédé pourrait être exploitable et permettre de surcroit la production d’hydrogène, utilisable comme combustible en dehors des périodes d’ensoleillement.
Remonter à la source :
Resonant light trapping in ultrathin films for water splitting via Midnight sun: How to get 24-hour solar power