De l'hydrogène à partir du soleil et de l'eau!

Calathea Sandrine

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• Publié par: ibilokar
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Extrait

De l’hydrogène à partir du soleil et de l’eau!

Produire de l’hydrogène avec seulement de la lumière et de l’eau: est-ce trop beau pour être vrai? Les chercheurs, notamment au CEA, cherchent à imiter ce que font naturellement certains micro-organismes. Ils rêvent de procédés mettant en jeu des micro-organismes photosynthétiques génétiquement optimisés puis, à plus long terme, des catalyseurs artificiels biomimétiques.

e nombreux micro-organismes produisent natu- D rellement de l’hydrogène, en utilisant le pouvoir deréductionque génère la cellule vivante pour pro- duire une réaction extrêmement simple: deuxélectrons réducteurs additionnés à deuxprotonsproduisent une molécule d’hydrogène. Si ce pouvoir réducteur pouvait être obtenu à faible coût, ce processus pourrait être utilisable pour produire de l’hydrogène industrielle- ment. Une des sources d’énergie les moins coûteuses de la planète est la lumière solaire. De fait, la principale source d’énergie de labiosphèreest laphotosynthèse. Si la bioproduction d’hydrogène pouvait être efficace- ment couplée à un processus photosynthétique, l’hydro- gène pourrait être fabriqué avec seulement de la lumière et de l’eau. Cela peut paraître trop beau pour être réaliste, mais c’est exactement ce que font naturel- lement certains micro-organismes : les chercheurs, notamment au CEA, cherchent donc à comprendre, optimiser et copier ces processus. Cette recherche pour- rait conduire à de nouveaux procédés de production d’hydrogène. À moyen terme, cela pourrait se traduire par la culture extensive de micro-organismes photo- Structure moléculaire synthétiques génétiquement optimisés et, sur le longniveau des chlorophylles des centres réactionnels, qui d’une hydrogénase à fer, une des deux grandes terme, par la mise en œuvre decatalyseursêtre compensés par une source extérieureartificiels doivent familles d’enzymes conçus selon des principesbiomimétiquespour que le processus fonctionne. Certains. d’électrons capables de catalyser la organismes photosynthétiques ont résolu ce problème production d’hydrogène. très tôt dans l’histoire de la vie, par une astuce qui a La photosynthèse: une chimie verte source littéralement changé la face du monde : ils ont pris les d’énergie du vivant électrons à l’eau. Les plantes, les algues et certainesbactériesutilisent la photosynthèse pour convertir l’énergie solaire en éner- Le dégagement d’oxygène photosynthétique gie chimique, dont l’apport est indispensable au monde et ses conséquences planétaires vivant.La partie photophysique de ce processus implique l’absorption de la lumière visible par un pigment vert,Un effet secondaire du prélèvement d’électrons à l’eau lachlorophyllepar les organismes photosynthétiques fut le déga-, dont les molécules sont fixées à des protéines membranaires et organisées de façon à cap-gement d’oxygène moléculaire dans l’environnement. ter le plus grand nombre possible dephotonssolaires. Orl’oxygène est un composé très réactif. Quand il est Ce qui leur permet aussi de transférer de molécule enapparu dans l’environnement terrestre, il a presque molécule l’énergie captée, jusqu’à des chlorophyllescertainement empoisonné la quasi-totalité des espèces particulières, aux propriétés modifiées par un envi-vivantes. Pour les rares qui purent survivre et s’adapter, ronnement protéique spécial (nommé le centre réac-la présence d’oxygène apporta cependant la possi- tionnel). Ces chlorophylles des centres réactionnelsbilité de respirer, c’est-à-dire de mettre en œuvre un sont le siège d’une séparation de charges, qui produitprocessus de prélèvement d’énergie sur les aliments des paires de radicaux de charges opposées, chimi-plus efficace que ceux mis en œuvre jusque-là par le quement très réactifs. Ces radicaux sont utilisés dansmonde vivant. des réactions qui produisent des composés chimiquesCe meilleur rendement de la respiration a permis de haute énergie, indispensables au déroulement desl’émergence de formes de vie plus complexes, processus complexes nécessaires à la vie cellulaire.notamment celle des organismes pluricellulaires. La vie sur Terre est basée sur la chimie du carbone etL’augmentation de la teneur de l’atmosphère en dépend strictement de l’apport de molécules carbo-oxygène permit aussi la formation de la couche d’ozone nées. La source principale de carbone pour la biosphèrequi protégea la vie terrestre des effets hautement nocifs est ledioxyde de carbone(CO 2 du rayonnement UV du soleil. Les organismes photo-ou gaz carbonique) qui, pour être intégré dans ces molécules, doit êtresynthétiques ont donc directement créé, et maintenu réduit. Cette réduction consiste à apporter des électronsjusqu’ici, les conditions d’environnement qui ont et des protons au CO 2 . La photosynthèse fournit cespermis le développement d’une forme de vie complexe électrons réducteurs. Cela laisse des “trous” positifs ausur Terre. Leur propre succès vint du fait qu’ils 49 CLEFS CEA - N° 50/51 - HIVER 2004-2005