Du soleil et du CO₂ : vers des carburants solaires

La fixation du CO2 dans la matière organique est réalisée sur la terre par les plantes et les microorganismes photosynthétiques grâce au mécanisme fascinant de la photosynthèse. Des photons solaires sont absorbés par des photosensibilisateurs moléculaires présents dans les photosystème I et II. Cette absorption d’énergie conduit à une séparation de charges négatives et positives. Les trous positifs créés servent à oxyder l’eau en oxygène tandis que les électrons excités négatifs servent à réduire le NAD en NADH, le réducteur biologique qui rentre dans le cycle de Calvin pour apporter des équivalents réducteurs nécessaires à la fixation du CO2. C’est ainsi que le CO2 est converti en biomasse organique.

Depuis longtemps, les chimistes essayent de reproduire un tel processus de conversion de l’énergie solaire, d’eau et de CO2 en molécules carbonées et ce dernier cours montre comment ceci peut être mis en œuvre concrètement, le plus simplement et le plus efficacement possible, à travers la présentation de résultats récents dans ce domaine.

Un système photosynthétique artificiel (synthétique) doit d’abord contenir un collecteur de photons, un photosensibilisateur, efficace, absorbant un large spectre de la lumière visible du soleil. Un très grand nombre de travaux ont pour objet la mise au point de matériaux semi-conducteurs ou de photosensibilisateurs moléculaires, dont les propriétés et les modes de fonctionnement généraux sont discutés. Ces composés doivent être doués de propriétés optimisées de conduction de charges, de stabilisation d’états excités de séparation des charges, de couplage avec des catalyseurs. Car, en effet, l’autre élément important d’un tel dispositif est le catalyseur qui va utiliser efficacement les électrons excités pour les fixer sur la molécule de CO2. Ces catalyseurs sont pour l’essentiel les mêmes que ceux décrits dans le cours n° 4. L’essentiel de ce cours porte donc sur les assemblages semi-conducteurs/photosensibilisateurs avec les catalyseurs les plus efficaces de nos jours, permettant de transformer par suite d’un simple éclairement un mélange de CO2, d’eau et d’un donneur d’électrons en molécules carbonées riches en énergie.