La nature comme inspiration

Un projet européen pour développer l’utilisation de l’hydrogène a été lancé le 5 décembre dernier en Espagne (lire encadré). Des chercheurs brestois y participent. Depuis plusieurs années, ils améliorent la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau (lire Comprendre p. 13), grâce à des catalyseurs innovants. Ces catalyseurs sont des substances qui facilitent la dissociation de l’eau, en hydrogène et en oxygène. Ceux utilisés actuellement sont constitués de métaux nobles, comme le platine. Problème : ces métaux sont rares, déjà exploités pour d’autres usages et coûteux. Si l’on veut produire de l’hydrogène en grande quantité par électrolyse, il faut donc trouver des alternatives, à base de métaux plus communs. Frédéric Gloaguen, chercheur Cnrs au laboratoire Cemca(1), y travaille.

Dans la nature

« En 2001, j’ai passé un an aux États-Unis, où le domaine commençait juste à se structurer », raconte-t-il. L’équipe travaillait sur un catalyseur, constitué de fer et inspiré d’une molécule issue de microalgues(2). Certains microorganismes produisent en effet naturellement de l’hydrogène à partir d’eau, en utilisant l’énergie lumineuse. La molécule responsable de la réaction, une hydrogénase, est très efficace dans la nature... mais difficilement exploitable pour une utilisation industrielle. Non seulement elle est difficile à extraire, mais en plus elle est inactive en présence d’oxygène. Une caractéristique problématique pour une réaction, dont l’un des deux produits est justement l’oxygène !

Les chimistes synthétisent un substitut, aussi efficace que la substance naturelle, mais qui fonctionne en présence d’oxygène. Après son arrivée à Brest, Frédéric Gloaguen a continué à travailler sur le sujet. « Notre équipe a deux compétences, décrit-il. L’une est la synthèse des catalyseurs et l’autre est l’électrochimie. Cela nous permet d’évaluer comment les modifications apportées à la molécule affectent son efficacité. » L’enjeu est d’obtenir un catalyseur assez réactif pour produire rapidement de l’hydrogène. Il doit aussi être stable, c’est-à-dire capable d’effectuer plusieurs fois la réaction avant de se dégrader. En 2012, l’équipe brestoise est parvenue à obtenir un catalyseur qui convertit plus de 90 % de l’électricité injectée en hydrogène, et reste fonctionnel pendant plusieurs heures.

Ce catalyseur bio-inspiré a un autre avantage. Un catalyseur classique, par exemple en platine, cesse rapidement de fonctionner s’il n’est pas utilisé dans de l’eau purifiée. Le bio-inspiré peut être utilisé dans de l’eau usée, ou de l’eau de mer, sans nécessiter de purification préalable !

Dix millilitres d’hydrogène par heure

La technique est donc prometteuse, mais elle n’est pas encore sortie des laboratoires. Ce pas devrait bientôt être franchi. Dans le cadre du projet européen Hylantic, les Brestois envisagent de tester des démonstrateurs capables de produire une dizaine de millilitres d’hydrogène par heure, sachant que l’hydrogène est trois fois plus énergétique que l’essence, à masse égale.