Les chercheurs français du Laboratoire de chimie et biologie des métaux (CEA -CNRS-Université J. Fourier, Grenoble), de l'Iramis (CEA, Saclay) ainsi qu'une équipe du Liten (CEA, Grenoble) ont mis au point ''un matériau capable de catalyser sans platine aussi bien la production d'hydrogène que son utilisation dans les piles à combustible'', présenté dans une étude publiée le 4 décembre dans le magazine ''Science''*.

La fabrication des piles à combustibles nécessite l'utilisation de platine comme catalyseur (substance qui permet d'accélérer une réaction chimique) qui permet de produire de l'électricité à partir de l'hydrogène et de l'oxygène. Cependant, ce métal ''est extrêmement rare (abondance terrestre de l'ordre de 5ppm, équivalente à celle de l'or) et donc très coûteux'', souligne le CEA. ''S'affranchir du platine et mettre au point des catalyseurs efficaces ne contenant que des éléments abondants et bon marché'' constitue donc ''un enjeu majeur pour l'avenir de la filière hydrogène'', affirme-t-il.

Les chercheurs du Laboratoire de chimie et de biologie des métaux (LCBM) de Grenoble et de l'Institut du rayonnement de la matière de Saclay (Iramis) se sont ainsi inspirés de la biologie pour mettre au point une méthode de production et d'utilisation d'hydrogène en remplaçant le platine par une enzyme de synthèse. Pour cela, les scientifiques se sont inspirées des hydrogénases, des enzymes naturelles présentes notamment dans des bactéries, qui utilisent ou produisent de l'hydrogène à partir de fer et de nickel, deux éléments abondants dans la nature. ''Ces enzymes constituent une source d'inspiration unique pour le chimiste qui synthétise des composés à base de nickel et de fer, analogues structuraux des hydrogénases, et élabore ainsi de nouveaux catalyseurs. On parle de chimie bio-inspirée'', explique le CEA.

Cependant, pour être utilisables dans des dispositifs technologiques, ces catalyseurs synthétiques doivent, comme le platine, être fixés en très grande quantité sur des électrodes. Pour fixer leurs catalyseurs synthétiques sur des électrodes sur une surface réduite, les chercheurs ont ainsi eu recours à des nanotubes de carbone. ''Cela nécessite une surface disponible importante, ce que n'offrent pas les matériaux classiques'', détaille le CEA. Les chercheurs sont parvenus à immobiliser un de ces catalyseurs bio-inspirés, à base de nickel, via un greffage par liaison covalente, sur des nanotubes de carbone. ''Le matériau obtenu présente une activité catalytique prometteuse à la fois pour la production et l'utilisation de l'hydrogène. Il se révèle de plus extrêmement stable et capable de fonctionner en milieu très acide ce qui lui permet d'être compatible avec les membranes échangeuses de protons, utilisées de manière quasi-universelle dans les piles à combustible fonctionnant à basse température'', a fait valoir le CEA.


* Référence : From hydrogenases to noble-metal free catalytic nanomaterials for H2 production and uptake. Le Goff A., Artero V., Jousselme B., Dinh Tran P., Guillet N., Métayé R., Fihri A., Palacin S., Fontecave M., Science, 2009, 106(49): 20627–20632.