Une molécule qui capture la lumière et la garde en réserve pendant des années.
Une équipe de chimistes américain vient de publier une étude sur la mise au point une molécule capable de capter la lumière du soleil, la stocker dans ses liaisons chimiques pendant des années, puis la restituer sous forme de chaleur, assez intense pour faire bouillir de l’eau à la demande.
Cette molécule, appelée pyrimidone, appartient au domaine du Molecular Solar Thermal energy storage ou MOST (en français « stockage solaire thermique moléculaire ») et pourrait bien permettre capter l’énergie du Soleil sans le moindre panneau solaire ou batterie pour lka première de l’Histoire !
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Une molécule qui fonctionne comme un ressort comprimé
L’équipe a imaginé la molécule comme un ressort mécanique à l’échelle atomique. Sous l’effet de la lumière, elle se tord et adopte une configuration dite « à haute énergie ». Elle reste bloquée dans cet état contraint, parfois pendant des années.
Lorsqu’on déclenche le processus, par apport de chaleur ou via un catalyseur, la molécule revient brutalement à sa forme initiale et libère alors l’énergie accumulée sous forme de chaleur.
L’analogie la plus simple est celle des lunettes photochromiques. À l’intérieur, elles sont claires, au soleil, elles s’assombrissent. À l’ombre, elles redeviennent transparentes. Ici, le principe est similaire, sauf que la variation ne concerne pas la couleur. Elle concerne l’énergie.
La structure de la pyrimidone s’inspire d’un motif présent dans l’ADN. Sous lumière ultraviolette, certaines bases azotées subissent des transformations réversibles. Les chercheurs ont exploité ce mécanisme pour créer une version synthétique capable de stocker durablement l’énergie.
Une densité énergétique supérieure au lithium-ion
La molécule atteint une densité énergétique de plus de 1,6 mégajoule par kilogramme. Une batterie lithium-ion classique se situe autour de 0,9 mégajoule par kilogramme.
Autrement dit, à masse équivalente, cette molécule peut stocker presque deux fois plus d’énergie qu’une batterie lithium-ion standard.
La comparaison mérite cependant nuance puisque la molécule restitue de la chaleur, pas de l’électricité.
Lors des essais en laboratoire, la chaleur libérée a été suffisante pour porter de l’eau à ébullition dans des conditions ambiantes. On vous entend rire d’ici mais faire bouillir de l’eau demande une quantité d’énergie importante, c’est donc une avancée colossale !
Une alternative aux infrastructures lourdes
Avec des panneaux photovoltaïques, il faut ajouter des batteries, des convertisseurs, parfois un raccordement complexe au réseau. Ici, le matériau lui-même stocke l’énergie.
La molécule peut être dissoute dans l’eau. On peut imaginer un circuit où le fluide circule sur un toit exposé au soleil pendant la journée, se charge en énergie, puis est stocké dans un réservoir. La nuit, un déclencheur thermique permet de récupérer la chaleur pour chauffer de l’eau domestique.
Ce modèle évite les métaux critiques utilisés dans certaines batteries et réduit également la dépendance à des infrastructures électriques lourdes.
Du laboratoire aux applications possibles
Les usages envisagés sont variés, des systèmes de chauffage hors réseau pour le camping aux Chauffe-eau domestiques alimentés par une solution circulant sur un toit.
La molécule peut être rechargée, déchargée, puis rechargée à nouveau. Elle agit comme un cycle fermé. Un peu comme une batterie chimique, sauf que l’énergie stockée est thermique.
Il reste des étapes avant une industrialisation massive. La stabilité à long terme doit être confirmée à grande échelle. Les coûts de synthèse devront être optimisés et la gestion thermique devra être intégrée dans des systèmes complets.
Ce qui est certain, c’est que cette approche ouvre une voie différente. Au lieu d’accumuler des électrons, on accumule des liaisons chimiques sous tension. Le soleil devient une clé qui comprime un ressort moléculaire, prêt à se détendre quand on en a besoin.
Source :
Molecular solar thermal energy storage in Dewar pyrimidone beyond 1.6 MJ/kg (en français : Stockage d’énergie solaire thermique moléculaire dans la Dewar pyrimidone au-delà de 1,6 MJ/kg),
Han P. Q. Nguyen et al,
Science0,eaec6413
DOI:10.1126/science.aec6413
