En s'inspirant des réactions qui se produisent chez les micro-organismes, une équipe du Laboratoire de chimie et biologie des métaux du CNRS a présenté des avancées dans la fabrication d'hydrogène qui lèvent des freins au développement de la filière.
 

Depuis plusieurs années l'hydrogène cristallise l'espoir de bénéficier d'un vecteur énergétique permettant de limiter les émissions de carbone. Ce gaz non toxique permet en effet de produire de la chaleur par combustion directe mais aussi de produire de l'électricité dans les piles à combustible (PAC), avec comme seul résidu de l'eau. Principal inconvénient, l'hydrogène n'existe pas à l'état naturel, il faut donc le produire.
Or, à l'heure actuelle, l'hydrogène est majoritairement produit à partir de combustibles fossiles (pétrole, gaz, charbon) pour une utilisation principalement industrielle. Cette production entraîne la libération de CO2 ce qui, sur le plan environnemental, ne deviendrait intéressant que si le CO2 était stocké.

D'autres modes de production s'inspirent, quant à eux, des réactions chimiques intervenant dans la nature comme la photoélectrolyse. Sous l'effet de la lumière, certains micro-organismes produisent de l'hydrogène à partir de l'eau. Pour reproduire et adapter ces processus, les chercheurs ont donc mis au point des systèmes moléculaires capables de capter l'énergie lumineuse et d'utiliser l'énergie collectée pour libérer l'hydrogène de l'eau. Ces dispositifs font l'objet de recherches approfondies notamment au Centre National de Recherche Scientifique (CNRS) en association avec le Commissariat à l'Énergie Atomique (CEA). Des chercheurs du Laboratoire de chimie et biologie des métaux (CEA-CNRS-Université J.Fourier, au CEA de Grenoble) ont d'ailleurs présenté des résultats innovants début janvier dans la revue Angewandte Chemie International Edition.
Tous les dispositifs technologiques développés pour produire ou utiliser l'hydrogène renferment des métaux nobles comme le platine. Or, les réserves en platine sont limitées. La rareté et le coût de ce métal sont des freins au développement économique de la filière hydrogène sur le long terme, et ce malgré les efforts pour réduire les quantités utilisées dans les électrolyseurs et les piles. L'équipe de Grenoble a donc cherché à ne plus avoir recours au platine, en élaborant des catalyseurs à base d'éléments naturellement plus abondants et moins chers, tels que ceux utilisés par les organismes naturels comme le fer, le nickel, le cobalt ou encore le manganèse. Résultat : elle est parvenue à mettre au point un nouveau système qui utilise du cobalt. Sous l'effet de la lumière, les électrons fournis par une molécule organique sont utilisés pour libérer l'hydrogène de l'eau au niveau du cobalt, avec une efficacité supérieure aux systèmes comparables renfermant des catalyseurs à base de métaux noble. Toutefois, le système utilise encore du ruthénium, un autre métal noble. La prochaine étape de ces recherches visera donc à s'en affranchir.

Outre la fabrication, la filière hydrogène est également handicapée par la phase de stockage et de transport sous forme gazeuse sous pression ou sous forme liquide. De nombreuses recherches sont aussi en cours pour stocker l'hydrogène en l'incorporant à des matériaux poreux. Du fait de leur faible masse et leur grande capacité d'adsorption, les nanostructures à base de carbone s'avèrent d'excellents candidats. Une autre équipe du CNRS s'est d'ailleurs distinguée à ce sujet l'année dernière.

F.ROUSSEL

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