feuille bionique

Définition

Système technologique utilisant une énergie photovoltaïque, et des matériaux catalytiques, pour décomposer les molécules d’eau, grâce à la lumière, en donnant hydrogène (H₂) et oxygène (O₂), des bactéries présentes dans le milieu produisant de la biomasse à partir de l’hydrogène produit et du dioxyde de carbone (CO₂).

e. m. (lat. folium, feuille).

syn. : feuille artificielle.

Voir : bactérieplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigbactérie

Microorganisme unicellulaire (de 1 à quelques micromètres) ne possédant pas de noyau véritable (procaryote), ni d’autres organites., biomasseplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigbiomasse

Masse de l’ensemble des êtres vivants présents dans un espace déterminé, à un moment donné., catalyseplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigcatalyse

Accélération ou facilitation d’une réaction chimique par une substance particulière (catalyseur)., dioxyde de carboneplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigdioxyde de carbone

Corps composé, formé de l’association d’un atome de carbone (C) avec deux atomes d’oxygène (O), gazeux dans les conditions de température et de pression régnant sur Terre., dioxygèneplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigdioxygène

Corps simple, formé de l’association de deux atomes d’oxygène (O), gazeux dans les conditions de température et de pression régnant sur Terre., énergie photovoltaïqueplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigénergie photovoltaïque

Énergie électrique produite à partir du rayonnement solaire grâce à des dispositifs de petites ou grandes dimensions, dits photovoltaïques (panneaux ou centrales solaires)., feuilleplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigfeuille

Organe en général chlorophyllien, porté par la tige, siège principal de la photosynthèse chez les mousses, les fougères et les plantes à fleurs., hydrogèneplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bighydrogène

Nom couramment donné à la molécule formée de deux atomes d’hydrogène, le nom exact étant le dihydrogène (H2), mais qui est aussi appelée « hydrogène moléculaire », ou « gaz-hydrogène »., moléculeplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigmolécule

Association d’un nombre fini d’atomes liés entre eux par des liaisons en général covalentes et parfois ioniques., oxygèneplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigoxygène

Élément chimique de symbole O, ou nom donné ordinairement au dioxygène (O2), gaz inodore et sans saveur..

Informations complémentaires

Prototype utilisant les piles à combustible

En 2011, des chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology), ont couvert une plaque de quelques centimètres carrés d’une couche de silicium chargée de capter la lumière (comme avec les cellules photovoltaïques), et y ont ajouté des matériaux catalytiques (cobalt, nickel, molybdène et zinc). Ces plaques (comparées à des feuilles), grâce à l’énergie solaire, pouvaient décomposer les molécules d’eau en hydrogène (H₂) et oxygène (O₂), gaz réutilisables dans une pile à combustible pour créer de l’énergie.

Voir : pile à combustibleplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigpile à combustible [alias]

Voir : pile à hydrogène..

Prototype produisant une biomasse

En 2015, une équipe de l’université de Harvard reprenant le principe ont ajouté une bactérie génétiquement modifiée (Ralstonia eutropha) dans le milieu de réaction, celle-ci pouvant, à partir d’un mélange de dioxyde de carbone (C0₂) et d’hydrogène (H₂), biosynthétiser un combustible hydrocarbonés liquide, l’isopropanol, pouvant servir d’additif à l’essence, plus facile à manipuler que l’hydrogène gazeux.

Voir : biosynthèseplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigbiosynthèse

Synthèse de molécules organiques par les cellules vivantes., combustibleplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigcombustible

Composé chimique qui se consume en présence d’un corps oxydant (comburant) et d’énergie, dans une réaction chimique (combustion) générant de la chaleur..

Prototype au rendement élevé

En 2016, la même équipe met au point une « feuille bionique 2.0 » qui, grâce à l’énergie solaire, en utilisant un nouveau type de catalyseur métallique (phosphate de cobalt), pouvait convertir le même mélange gazeux en biomasse (qui représente une énergie chimique) avec un rendement de 10 %, c’est-à-dire nettement supérieur au rendement de 1 % observé chez les plantes.

La biomasse peut ensuite être transformée dans des carburants comme les bioalcools et les combustibles hydrocarbonés.

Réflexion développement durable

Les prototypes produisant de la biomasse représentent un immense progrès. La biomasse est une réserve d’énergie stockable beaucoup plus facilement que l’hydrogène, le stockage de l’énergie étant un problème crucial de la transition énergétique. Par exemple, si l’on veut stocker beaucoup d’électricité, cela nécessite des batteries très lourdes.

Réflexion pédagogique

De nombreux articles évoquent la création de feuilles artificielles « imitant » la capacité des feuilles naturelles, pour produire de l’énergie à partir de l’eau et de la lumière du soleil.

Tout en montrant que les résultats sont surprenants et soulèvent l’optimisme, il est important pédagogiquement de bien faire ressortir les différences entre la nature et l’artificiel.

On peut rappeler, en particulier, que les chloroplastes sont des « outils » microscopiques (de l’ordre du micron) qui intègrent les différents éléments de la feuille bionique : cellules photovoltaïques, bactéries productrices de biomasse, et pile à combustible, sans oublier, le milieu de réaction !

Le sujet est très complexe mais il est important de l’aborder pour que ces progrès technologiques ne laissent pas penser que l’on pourrait se passer du service écosystémique de la photosynthèse… naturelle !

Voir : artificielplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigartificiel

Ce qui est produit par l’homme à l’aide de techniques plus ou moins complexes., chloroplasteplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigchloroplaste

Organite des cellules chlorophylliennes, siège de la photosynthèse., micronplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigmicron

Ancienne unité de longueur égale à un millionième de mètre. Ce nom a été remplacé par celui de micromètre., natureplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bignature

Au sens commun, c’est l’ensemble des milieux (atmosphère, hydrosphère, lithosphère) incluant ou non des organismes vivants., service écosystémiqueplugin-autotooltip__small plugin-autotooltip__blue plugin-autotooltip_bigservice écosystémique

Bénéfices que les humains retirent des écosystèmes..

Remarque linguistique et/ou historique

Dès la fin des années 1990, les chercheurs ont su produire de l’hydrogène (H₂) à un rendement élevé par rapport à la photosynthèse naturelle en utilisant l’énergie photovoltaïque et un électrolyseur, mais le dispositif ne fonctionnait pas plus d’une journée en utilisant des métaux rares et coûteux tels que le platine comme catalyseur de la réaction.