à la pointe DR Énergies renouvelables Le cobalt plus fort que le platine ? • Catalyseur : molécule capable d’accélérer une réaction chimique, sans y être consommée.• Enzymes : protéines fonctionnelles qui catalysent les réactions chimiques du vivant.• Électrolyse : décomposition chimique de substances sous l’effet d’un courant électrique. Par exemple, l’eau (H2O) se décompose en hydrogène (H2) à la cathode d’un électrolyseur et en oxygène (O2) à l’anode. Notes : 1. Voir à ce sujet le dossier des Défis du CEA n°157. 2. Essentiellement de fer et/ou de nickel, avec dans certains cas la participation de cobalt. L’utilisation de l’hydrogène en tant que vecteur d’énergie bute depuis des années sur le même obstacle : sa production par électrolyse de l’eau nécessite des catalyseurs à base de platine, métal aussi rare que cher 1. Une équipe associant plusieurs instituts du CEA a développé un catalyseur• à base d’un dérivé du cobalt, moins coûteux et plus facile à produire. Pour contourner l’obstacle du platine trop cher dans la production de l’hydrogène, les chercheurs du CEA se sont inspirés du monde vivant. En effet, certains micro-organismes produisent de l’hydrogène à partir de l’eau, grâce à des enzymes• appelées hydrogénases qui « fonctionnent » avec des métaux abondants 2. L’équipe a ainsi développé et caractérisé un dérivé de cobalt qui, en solution organique, catalyse la production d’hydrogène. Restait à le « greffer » sur une électrode solide et à le faire fonctionner dans l’eau… Des performances catalytiques avérées « Nous avons plongé, dans une solution aqueuse de ce composé, une électrode portée à un potentiel négatif. De l’hydrogène s’est dégagé et un matériau grisâtre s’est déposé sur l’électrode » raconte Vincent Artero du CEAiRTSV. Les chercheurs ont vite compris que ce nouveau matériau catalysait la production d’hydrogène et qu’on pouvait l’obtenir à partir d’un simple sel de cobalt en solution. Baptisé H 2 -CoCat, il est composé de nanoparticules de cobalt enrobées d’un oxo-phosphate de cobalt et a des performances catalytiques supérieures au cobalt métallique. Plus surprenant encore : si on inverse la polarisation de l’électrode, devenant positive, ce matériau se transforme en une autre forme, logiquement appelée O 2 -CoCat, qui catalyse la production d’oxygène, c’est-à-dire l’autre réaction intervenant dans l’électrolyse• de l’eau ! « C’est le seul matériau à base d’un métal non noble capable de catalyser les deux réactions » souligne Vincent Artero. Au final : un catalyseur « universel », stable, beaucoup moins coûteux et facile à produire. Des applications possibles dans le domaine du photovoltaïque Ses performances, bien qu’inférieures à celles du platine, sont pourtant bien adaptées pour la mise au point de systèmes de photosynthèse artificielle, convertissant l’énergie solaire en carburant comme l’hydrogène. Par exemple, ce matériau peut-être déposé sur les semiconducteurs constituant les panneaux photovoltaïques. C’est le projet que les chercheurs s’apprêtent à développer en collaboration avec une équipe de Nanyang Technological University à Singapour. Patrick Philipon CEA-iRSTV L’Institut de recherches en technologies et sciences pour le vivant s’appuie sur un ensemble de plateaux technologiques modernes pour analyser la diversité et la complexité du vivant. À ces fins, il coordonne les programmes d’unités mixtes CEA/Université Joseph Fourier/CNRS/Inserm/INRA. Échantillons de Cobalt. 8 Les défis du CEA Plus d’informations sur www.cea.fr |