fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l’Université de Cambridge a mis au point un dispositif de feuille artificielle qui, en combinant des semi-conducteurs organiques avec des enzymes bactériennes, convertit directement la lumière du soleil et le dioxyde de carbone en carburant, sans nécessiter de matières premières fossiles. Cette avancée, publiée dans la revue Joule, offre une nouvelle voie pour la décarbonation de l’industrie chimique.
L’industrie chimique dépend aujourd’hui presque entièrement des combustibles fossiles, non seulement comme source d’énergie, mais aussi comme matière première. Le professeur Erwin Reisner, du département de chimie Yusuf Hamied de l’Université de Cambridge, explique que l’industrie chimique est un problème complexe à résoudre dans la construction d’une économie circulaire et durable, et qu’il est nécessaire de trouver des moyens de décarboner ce secteur. L’équipe de Reisner étudie depuis longtemps les feuilles artificielles — des dispositifs qui imitent la photosynthèse pour produire des carburants à base de carbone en utilisant uniquement la lumière du soleil et le dioxyde de carbone.
Les premières conceptions de feuilles artificielles utilisaient des semi-conducteurs inorganiques ou des catalyseurs de synthèse, mais présentaient des problèmes tels qu’une dégradation rapide, une absorption spectrale étroite ou la présence d’éléments toxiques (comme le plomb), rendant difficile une mise à l’échelle propre. Le nouveau dispositif combine des semi-conducteurs organiques (accordables, non toxiques et réglables) avec des enzymes extraites de bactéries réductrices de sulfate. La docteure Celine Yeung, première co-auteure, souligne que ce dispositif élimine les composants toxiques et utilise des éléments organiques, permettant une réaction chimique propre et un produit final unique, sans réactions secondaires indésirables. C’est la première fois qu’un semi-conducteur organique est utilisé comme composant de capture de la lumière dans un tel système biohybride, évitant ainsi les problèmes de toxicité et d’instabilité des générations précédentes.
Ce dispositif utilise des enzymes extraites de bactéries réductrices de sulfate pour décomposer l’eau ou convertir le dioxyde de carbone en formiate. L’équipe a également intégré une enzyme auxiliaire — l’anhydrase carbonique — dans une structure de dioxyde de titane poreuse, permettant au système de fonctionner dans une simple solution de bicarbonate (similaire à l’eau gazeuse), sans nécessiter d’additifs tampons chimiques. Le docteur Yongpeng Liu, premier co-auteur, déclare que l’équipe a mis beaucoup de temps à comprendre comment fixer une enzyme spécifique sur l’électrode, et commence maintenant à voir des résultats.
Lors des tests, le dispositif a généré un photocourant élevé et atteint une efficacité faradique quasi parfaite — presque tous les électrons produits par la lumière du soleil ont été utilisés pour fabriquer du carburant, sans être perdus dans des réactions secondaires. Le dispositif a fonctionné en continu pendant plus de 24 heures, soit plus du double des conceptions précédentes. Ensuite, l’équipe a ajouté le formiate produit par le dispositif dans une réaction en « domino » pour synthétiser des composés pharmaceutiques, obtenant un rendement élevé et une pureté élevée, prouvant que cette feuille peut piloter une synthèse chimique réellement utile, et pas seulement produire du carburant de manière isolée.
L’équipe souligne qu’il ne s’agit encore que d’un point de départ, et non d’un produit final. Prolonger la durée de vie du dispositif au-delà de 24 heures est une priorité immédiate, tout en adaptant la plateforme pour produire une gamme plus large de produits chimiques. Reisner indique que la recherche prouve qu’il est possible de fabriquer des dispositifs alimentés par l’énergie solaire, efficaces, durables et sans composants toxiques ou non durables, ce qui pourrait constituer une plateforme de base pour la production future de carburants et de produits chimiques verts. Cette recherche a été financée par le Conseil européen de la recherche (European Research Council), UK Research and Innovation (UKRI), l’A*STAR de Singapour et le Fonds national suisse de la recherche scientifique (Swiss National Science Foundation), reflétant un large intérêt international.
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