Les panneaux photovoltaïques fabriqués à partir
d'éléments végétaux pourraient un jour servir d'alternative simple et
peu coûteuse aux capteurs solaires traditionnels.

Un moyen totalement nouveau d'aborder le photovoltaïque vient
d'être développé grâce à une étroite collaboration entre le
Massachussets Institute of Technology (MIT) et l'EPFL. En utilisant la
protéine nécessaire à la photosynthèse chez les végétaux, un chercheur
du MIT, Andreas Mershin a mis au point un moyen de produire du courant
électrique. Il vient ainsi d'ouvrir la voie à une nouvelle façon simple
et peu coûteuse de reproduire l'énergie solaire. Ces recherches viennent
compléter les travaux commencés il y a huit ans par Shuguang Zhang dans
le Center for Biomedical Engineering du MIT et le professeur Michael
Graetzel de l'EPFL. Elles seront publiées cette semaine dans le journal
scientifique en libre accès Scientific Reports.

Lors de ses premières recherches, Shuguang Zhang était parvenu à
isoler un grand nombre de molécules, regroupées sous le nom de
photosystème-I (PS-I), les minuscules structures d'une cellule végétale,
qui permettent la photosynthèse. Le chercheur et ses collègues ont
extrait le PS-I de plantes et l'ont stabilisé chimiquement, puis ils en
ont déposé une couche sur un substrat de verre. Ce dispositif s'est
révélé capable de produire du courant électrique lorsqu'il est exposé à
la lumière, comme une cellule solaire classique. L'étape suivante
consistait à trouver un moyen d'amplifier ce courant.

Dans le laboratoire de Michael Graetzel, Andreas Mershin est arrivé à
adapter un substrat photovoltaïque bien plus efficace pour absorber la
lumière solaire. Ce substrat est comparable à celui utilisé dans les
cellules solaires à colorant, dites «cellules Graetzel», spécialité de
ce laboratoire, mais la substance PS-I est radicalement différente du
colorant utilisé habituellement. Le défi apporté par une telle
modification a permis d'améliorer également ces cellules solaires à
colorant, en particulier grâce au développement d'un mécanisme qui
transporte les électrons plus efficacement entre les extrémités des
pôles, comme dans une pile.

Une «forêt» de nanofils

Andreas Mershin a en effet pu créer une minuscule «forêt» de nanofils
d'oxyde de zinc (ZnO), ainsi qu'une nanostructure de dioxyde de titane
(TiO2) de type spongieux, enrobée d'une matière organique dérivée de
bactéries, chargée de capter la lumière. Les nanofils ont servi non
seulement de support pour la matière organique, mais aussi de câbles
pour véhiculer les électrons produits par les molécules à l'intérieur de
la couche de matière organique, à partir desquels celle-ci pourrait
être reliée à un circuit. «C'est une sorte de nano-forêt électrique»,
explique le chercheur.

Selon lui, le procédé a été tellement simplifié que pratiquement
n'importe quel laboratoire pourrait le reproduire ? y compris des
laboratoires de sciences à l'université, et même dans les écoles ?
permettant aux chercheurs partout dans le monde de commencer à étudier
ce procédé et de proposer d'autres perfectionnements. «L'efficacité du
nouveau système est 10 000 fois supérieure à la version précédente, bien
qu'il ne convertisse pour l'heure que 0,1% de l'énergie solaire en
électricité. Cependant, 1 à 2 pour-cent d'efficacité seront suffisants
pour que l'on puisse imaginer une utilisation commerciale, car les
ingrédients ne coûtent presque rien et le procédé de fabrication est
particulièrement simple», précise Andreas Mershin.

Ces recherches ont été financées en partie par une subvention sans
restriction octroyée par la société Intel et ont aussi bénéficié de la
participation de chercheurs de l'University of Tennessee.