Et si on fabriquait de l’hydrogène juste avec du soleil et de l’eau ?
Vous l’ignoriez probablement mais quand une surface d’eau s’évapore au soleil, elle dégage de l’énergie.
Il n’en fallait pas plus pour que l’Homme y voit là à exploiter !
Malheureusement, si sur le papier l’idée capter cette énergie pour en faire quelque chose est intéressant, en pratique c’était jusqu’ici un casse-tête sur lequel de nombreux scientifiques ont « séché ».
Une idée souvent avancée serait être d’utiliser cette énergie pour produire de l’hydrogène mais jusqu’ici l’opération s’avérait trop complexe… mais, ça c’était avant que l’Université du Michigan ne reprenne le problème sous l’angle quantique !
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la production d’hydrogène par photocatalyse vient de connaître son bond quantique
On nous dit souvent que l’hydrogène ne rejette que de l’eau quand on l’utilise. C’est vrai. Mais on oublie de préciser que, pour le produire aujourd’hui, on brûle surtout… des combustibles fossiles avec son lot de CO₂ émis en amont.
Le mécanisme de production de l’hydrogène directement à partir d’eau et de lumière s’appelle la photocatalyse. La lumière frappe un matériau, déclenche une réaction, et l’eau se sépare en oxygène et en hydrogène.
Malheureusement jusqu’ici l’efficacité était assez faible parce que l’énergie captée a tendance à s’échapper avant d’être utilisée.
L’énergie de la photocatalyse se perd presque aussitôt
Quand la lumière touche un matériau semi-conducteur, elle crée des charges électriques. Des électrons se libèrent, laissant derrière eux des « trous » positifs. Pour produire de l’hydrogène, ces charges doivent voyager jusqu’à la surface et déclencher la réaction chimique.
Le souci, c’est qu’elles se retrouvent trop vite. Elles se recombinent, comme deux aimants qui s’attirent immédiatement. L’énergie est alors dissipée en chaleur et tout est à recommencer.
C’est un peu comme si vous remplissiez un seau percé…
Une architecture quantique pour guider les charges
L’équipe américaine a décidé de s’attaquer à ce problème en profondeur. Littéralement à l’échelle du nanomètre.
Ils ont empilé des couches extrêmement fines de nitrure de gallium et de nitrure d’indium-gallium comme mille-feuille microscopique, où chaque couche a un rôle précis. À cette échelle, les lois quantiques prennent le dessus et la matière se comporte différemment.
Grâce à l’effet Stark quantique confiné, les charges électriques vivent plus longtemps avant de se recombiner. Ce petit délai supplémentaire change tout puisqu’il donne aux électrons le temps de participer à la réaction chimique et de produire de l’hydrogène.
Des résultats encourageants, sans triomphalisme
Les chercheurs annoncent une efficacité solaire-vers-hydrogène de 3,16 % en conditions contrôlées et environ 1,64 % en démonstration extérieure sous lumière concentrée.
Pour comprendre ce que cela signifie, il faut rappeler un point important : en photocatalyse directe, les rendements dépassent rarement 1 à 2 % dans la littérature scientifique. Beaucoup de matériaux stagnent même sous la barre des 1 %.
Autrement dit, franchir les 3 % ne relève pas du simple ajustement marginal. C’est un palier sérieux dans un domaine où chaque dixième de point demande des années d’optimisation des matériaux, des interfaces et de la gestion des charges.
On reste bien sûr loin du seuil souvent évoqué d’environ 10 %, considéré comme nécessaire pour une viabilité industrielle à grande échelle (pour comparaison les panneaux photovoltaïques ont des rendements de l’ordre de 20–23 %).
Mais c’est un véritable saut (quantique) dans la bonne direction !
Pourquoi cela pourrait compter demain
Si l’efficacité continue de progresser et que la production devient industrialisable, les applications seraient nombreuses. On pourrait imaginer des installations produisant de l’hydrogène directement là où l’eau et le soleil sont abondants.
Cela ne remplacera pas le charbon ou le nucléaire du jour au lendemain mais dans la course à la neutralité carbone, chaque avancée compte.
La lumière du soleil tombe chaque jour sur la Terre avec une puissance phénoménale. Le défi n’est pas de la créer, mais de l’utiliser intelligemment. Cette recherche montre que, en apprenant à guider les électrons avec finesse, on s’en rapproche un peu plus.
Source :
Excitonic quantum superlattices for efficient photocatalytic water splitting (en français « Superréseaux quantiques excitoniques pour une dissociation photocatalytique efficace de l’eau ».
Pan, Y., Zhang, B., Ye, Z. et al.
Nat Energy (2026). https://doi.org/10.1038/s41560-026-01972-4
