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On s'efforce de plus en plus d'établir un système de production d'énergie de haute technologie qui s'inspire fondamentalement de la nature elle-même : la photosynthèse artificielle.

Dr Raj Shah, Mme Eliana Matsil, Mme Gabrielle Massoud | Compagnie d'instruments Koehler

L'urgence de réaliser un substitut propre à notre approvisionnement en énergie fossile augmente de façon exponentielle. L'étude de la photosynthèse artificielle comme source d'énergie renouvelable est menée depuis des décennies. Cette approche utilise des techniques biomimétiques pour reproduire le processus de photosynthèse naturelle, qui utilise d'abondantes ressources de lumière solaire, d'eau et de dioxyde de carbone pour produire de l'oxygène et des glucides riches en énergie. En reproduisant cette opération, les chercheurs sont capables de concevoir des systèmes qui utilisent ces ressources naturelles pour convertir l'énergie solaire en énergie chimique et la stocker dans les liaisons d'un carburant. Les carburants pouvant être produits par photosynthèse artificielle comprennent les hydrocarbures tels que l'acide formique (HCOOH), le méthanol (CH3OH), le monoxyde de carbone (CO) et le méthane (CH4), ou l'hydrogène pur. Les processus chimiques impliqués dans la photosynthèse artificielle comprennent la séparation de l'eau en oxygène et en hydrogène, ou la réduction du dioxyde de carbone en divers hydrocarbures. Ces processus sont accomplis par une poignée de conceptions de dispositifs, y compris des cellules photoélectrochimiques ou des électrolyseurs à couplage photovoltaïque. Chaque fonction est pilotée par l'énergie extraite des photons de la lumière solaire ainsi que par des catalyseurs appropriés. Il existe également une méthode courante consistant à combiner des composants avantageux de la photosynthèse naturelle et de la photosynthèse artificielle pour créer un système de photosynthèse semi-artificielle, impliquant l'incorporation d'enzymes ou même des applications de cellules entières à des dispositifs synthétiques. Cependant, il existe plusieurs limites à l'avancement de ce domaine centrées sur l'incapacité d'établir un système qui démontre les caractéristiques importantes de rentabilité, de durabilité à long terme et d'excellente efficacité. Néanmoins, la recherche de matériaux appropriés se poursuit car les chercheurs sont impatients de mettre en place un dispositif viable prêt pour une application industrielle. L'utilisation à grande échelle de la photosynthèse artificielle peut potentiellement fournir à la société une énergie renouvelable et stockable sous la forme de carburants précieux. Les hydrocarbures produits peuvent servir de substituts aux combustibles fossiles, et l'hydrogène pur peut également être utilisé comme combustible ou être canalisé dans une pile à combustible pour produire de l'électricité. Les dispositifs de photosynthèse artificielle peuvent également fonctionner comme des nettoyants atmosphériques, extrayant l'excès de dioxyde de carbone de l'environnement et y libérant de l'oxygène. Bien qu'il reste un long chemin à parcourir, une société alimentée par l'énergie générée par la photosynthèse artificielle est souhaitable, et l'effort à ce jour est très prometteur.

Au fur et à mesure que la société progresse, la nécessité de développer une source d'énergie renouvelable alternative à nos normes néfastes est de plus en plus présente. L'utilisation de combustibles fossiles conventionnels continue à la fois d'épuiser les ressources naturelles et d'émettre des gaz à effet de serre qui nuisent à la sécurité de notre environnement. Au fil des ans, les scientifiques ont exploré de nombreux substituts qui pourraient contribuer à réduire notre dépendance aux combustibles fossiles, qui représentent environ 80 % de l'approvisionnement énergétique mondial [1]. Par conséquent, il y a un effort croissant pour établir un système de production d'énergie de haute technologie qui est fondamentalement inspiré par la nature elle-même. Ce concept s'appelle photosynthèse artificielle; il est conçu pour imiter les réactions biologiques qui se produisent dans les plantes naturelles, les algues et certaines bactéries pour produire essentiellement leur propre énergie qu'ils stockent dans des liaisons chimiques [2].

Le soleil fournit suffisamment d'énergie à la surface de la terre toutes les trente minutes pour répondre aux besoins énergétiques de l'humanité pendant une année entière [3]. Contrairement aux combustibles fossiles, qui sont inégalement répartis dans le monde, provoquant souvent des tensions politiques ou des problèmes de disponibilité [1], la lumière du soleil est extrêmement disponible et géographiquement dispersée [4]. Beaucoup soutiennent que la seule source suffisamment puissante pour alimenter la société à long terme est l'énergie solaire [5]. En d'autres termes, le soleil est notre seul espoir.

La photosynthèse naturelle est seule responsable de toute l'énergie qui est brûlée dans le monde. Toute l'énergie circulait parmi les racines de la communauté biologique à partir de la photosynthèse, qui a lieu dans les organismes au bas de la chaîne alimentaire. Malgré cela, la photosynthèse est également responsable de l'énergie stockée dans les combustibles fossiles tels que le charbon et le pétrole. Dans cet esprit, il est théoriquement logique d'essayer de tirer de l'énergie utile directement d'une approche biomimétique de ce processus naturel.

Le concept de la photosynthèse artificielle est similaire à celui des panneaux solaires que vous pouvez apercevoir au sommet des toits ou disposés à travers les champs. Cependant, les cellules photovoltaïques présentes dans les panneaux solaires sont conçues pour exploiter l'énergie solaire et la convertir en électricité pour une application directe. Bien que cela puisse être utile, l'électricité produite par les panneaux solaires est limitée par sa dépendance aux conditions météorologiques et au temps [2], ce qui est limité par le fait qu'elle ne peut pas être stockée de manière appropriée par des batteries à ce stade [6]. En revanche, bien que les dispositifs de photosynthèse artificielle reposent également sur l'exposition au soleil, les semi-conducteurs peuvent absorber l'énergie solaire et la stocker dans les liaisons chimiques d'un carburant pour une utilisation ultérieure [2, 7]. De cette manière, l'énergie est stockée de manière dense et bon marché sous la forme d'un carburant, par opposition à l'option coûteuse et non durable du stockage par batterie [4]. Cette idée est soulignée dans la figure 1, qui visualise la différence de capacités de stockage entre les batteries et les carburants.

Figure 1. Densité d'énergie volumétrique et gravimétrique de divers systèmes de stockage d'énergie. [4]

Outre l'aspect de la capacité de stockage, la photosynthèse artificielle est également plus attrayante pour l'environnement que les panneaux solaires, car elle pourrait potentiellement aider à absorber l'excès de CO2 de l'atmosphère, ainsi qu'à libérer de l'oxygène utile dans l'environnement [7]. Par conséquent, ce système a la perspective d'être révolutionnaire dans le monde de l'énergie solaire.

En juillet 2020, le Département américain de l'énergie (DOE) a annoncé un plan de financement quinquennal de 100 millions de dollars pour la recherche sur la photosynthèse artificielle. L'organisation espère placer l'Amérique à l'avant-garde de ce domaine, connu pour être un grand défi, mais aussi très prometteur. La recherche se concentrera sur l'établissement de techniques peu coûteuses et compatibles avec l'industrie pour convertir la lumière du soleil en énergie utilisable avec une efficacité maximale [8]. Ce faisant, les scientifiques ont la possibilité de démontrer un système renouvelable à partir duquel ils peuvent dériver des produits essentiels tels que des carburants liquides [2]. L'investissement de 100 millions de dollars représente l'engagement du pays à étudier la photosynthèse artificielle, car cette technologie a le potentiel d'être révolutionnaire pour soulager la situation énergétique actuelle dans le monde.

Pour le décomposer, la photosynthèse naturelle se déroule en deux parties générales, le photosystème II et le photosystème I. Le photosystème II est responsable de l'absorption de la lumière et de sa conversion en énergie chimique [11]. Comme le CO2 est absorbé par les stomates, qui sont des ouvertures situées sur les feuilles [9], un ensemble de molécules de pigment comme la chlorophylle appelée le système d'antenne absorbe et récolte la lumière du soleil et transfère l'énergie lumineuse à ce qu'on appelle le centre de réaction pendant la réaction dépendante de la lumière, qui a lieu dans le thylakoïde du chloroplaste [10]. Ici, l'énergie de la lumière excite les molécules de chlorophylle, les obligeant à libérer un électron qui se déplace à travers une chaîne de transport d'électrons, où l'ATP (adénosine triphosphate) et le NADPH (nicotinamide adénine dinucléotide phosphate) sont générés [12]. Un électron de l'eau remplit le "trou d'électron" dans le pigment de chlorophylle libérant de l'oxygène, souvent appelé le sous-produit le plus précieux au monde. Le système est piloté en permanence par un ensemble complexe d'enzymes telles que les photosystèmes eux-mêmes, ainsi que des hydrogénases qui interagissent avec l'hydrogène dérivé des molécules d'eau [13].

L'électron arrive au photosystème I, où se produit la réaction indépendante de la lumière, également appelée réaction sombre ou cycle de Calvin. Cela se produit dans le stroma de la feuille. Au cours du cycle de Calvin, l'eau et les catalyseurs sont utilisés pour conduire des réactions qui utilisent l'énergie chimique dérivée de la première réaction pour transformer les atomes de carbone du CO2 en molécules organiques [10]. La réduction du CO2 en glucides produit finalement du glucose, comme le montre cette formule chimique :

6H2O + 6CO2 + (lumière du soleil) → C6H12O6 + 6O2 [9]

Ainsi, la photosynthèse naturelle est ingénieusement conçue par l'évolution pour fournir aux organismes un moyen complexe de produire leur propre nourriture en convertissant l'énergie solaire en énergie chimique stockée dans les liaisons d'un glucide. L'ensemble du processus est schématiquement illustré à la figure 2.

Figure 2. Représentation schématique du processus de photosynthèse oxygénique. [11]

Le concept de la photosynthèse artificielle consiste à imiter ce processus fondamental qui se produit dans les organismes naturels et à le manipuler pour répondre à nos besoins sociétaux. Le terme peut désigner tout système qui capte et stocke l'énergie solaire dans les liaisons chimiques d'un combustible. Ainsi, plutôt que de produire du glucose, des carburants précieux tels que l'hydrogène ou le méthanol sont créés [14]. L'objectif général derrière cet effort est d'établir un moyen de rendre l'énergie renouvelable, fiable et stockable sans impact négatif sur l'environnement. Bien que la notion n'ait pas été réalisée dans un sens industriel, il y a eu de nombreux succès notables à l'échelle du laboratoire [15].

La photosynthèse artificielle peut produire deux types de carburant : des hydrocarbures tels que le méthanol et l'acide formique, ou simplement de l'hydrogène pur. L'hydrogène est en train de devenir une option de carburant propre qui peut soit être consommé dans une pile à combustible, soit être utilisé directement comme carburant liquide lui-même [2]. Il peut être utilisé pour le transport (par exemple, dans certaines voitures), pour alimenter des maisons ou d'autres applications pour remplacer les combustibles fossiles. Lorsqu'il est canalisé dans une pile à combustible, il peut également produire de l'électricité. Ce type de carburant est produit selon plusieurs méthodes, la photosynthèse artificielle apparaissant comme l'une d'entre elles. D'autres techniques incluent les processus thermiques, l'électrolyse, les processus biologiques ou d'autres systèmes solaires [16].

Il y a trois composants majeurs dans un dispositif de photosynthèse artificielle pour lesquels il y a un besoin de développement : la capture de la lumière et le transport des électrons, la séparation de l'eau (en hydrogène et oxygène) et la réduction du dioxyde de carbone [6]. Les chercheurs ont mis en place une poignée de systèmes capables de réaliser ces processus importants [2]. Les composants de ces systèmes sont synthétiquement conçus pour fonctionner comme des éléments correspondants dans les centres de réaction de la photosynthèse naturelle, tels que les molécules de pigment et les chaînes de transport d'électrons.

En tentant de reproduire la fonctionnalité des autotrophes de manière pratique, les chercheurs se sont heurtés à plusieurs limitations. Par exemple, bien que la photosynthèse naturelle présente une efficacité quantique presque parfaite (séparation de charge efficace) [17], elle ne démontre pas dans la plupart des cas une efficacité de conversion chimique globale élevée. En fait, la plupart des plantes naturelles ne peuvent produire qu'une efficacité solaire à biomasse d'environ 1% [17, 19, 20], en raison du fait qu'elles ont évolué pour ne pouvoir effectuer qu'une conversion d'énergie suffisante pour assurer leur propre survie [17]. Cependant, il a été déterminé que la conversion de l'énergie solaire en énergie chimique d'un système de photosynthèse artificielle réalisable industriellement devrait démontrer une efficacité de 10% ou plus [12, 21]. Cela a posé un défi pour ce domaine, étant donné que tous les dispositifs fabriqués qui ont réussi à atteindre une efficacité de conversion élevée ont été fabriqués à partir de matériaux rares et coûteux, ce qui rend impossible la mise à l'échelle de ces systèmes [2].

De plus, cela est lié à la recherche en cours de matériaux capables d'agir comme catalyseurs appropriés pour les réactions ascendantes qu'implique la photosynthèse artificielle. Étant donné que les processus impliqués dans la photosynthèse artificielle impliquent la rupture et la formation de liaisons chimiques, des catalyseurs sont nécessaires pour conduire cette réaction. Cependant, l'un des principaux goulots d'étranglement associés à ce domaine de recherche est l'établissement d'un matériau catalyseur rentable, efficace et stable. Un problème important parmi les catalyseurs étudiés tels que ceux à base organique est leur tendance à être instable pour de multiples utilisations [2, 22]. De nombreuses variantes ont pour habitude de corroder ou de dégrader les équipements du système, tandis que certaines perdent leur énergie sur plusieurs cycles. Alors que les plantes exécutent intrinsèquement des mécanismes d'auto-réparation, les systèmes artificiels ne possèdent le plus souvent pas cette caractéristique [19]. Les catalyseurs alternatifs à base d'oxyde métallique sont prometteurs, mais ceux qui ont une vitesse suffisante manquent d'abondance et de viabilité financière [2]. Entre-temps, il a été déterminé qu'un dispositif applicable devrait démontrer une stabilité pendant au moins 10 ans [20]. Ainsi, la recherche d'un catalyseur approprié qui présente chacune de ces fonctions propres est en cours.

Un autre défi notable dans le domaine de l'imitation d'un processus naturel est la géométrie moléculaire complexe trouvée dans les organismes de photosynthèse. Les chercheurs ont beaucoup de mal à reproduire le niveau de complexité que cela implique [2]. Cependant, avec l'aide de stratégies supramoléculaires et de la nanotechnologie, les scientifiques sont capables de manipuler facilement le fonctionnement de leurs appareils à travers la composition structurelle et moléculaire. Bien qu'il soit difficile de faire correspondre les détails présents dans la photosynthèse naturelle, ces techniques permettent au domaine d'avancer vers un système viable [31].

La première proposition de photosynthèse artificielle a été rapportée en 1912 par un chimiste italien, Giacomo Ciamician, qui a reconnu le caractère non durable des combustibles fossiles. Il a suscité l'idée de reproduire la façon dont la nature produit et stocke l'énergie à la place [7]. Cependant, aucune recherche historique n'avait été annoncée concernant cet effort jusqu'en 1972, lorsque Kenichi Honda et son élève Akira Fujishima ont rapporté le premier dispositif réussi de séparation de l'eau alimenté par la lumière [20], qui a été nommé "l'effet Honda-Fujishima". Le dispositif impliquait une cellule photoélectrochimique composée d'une photoanode en TiO2 et d'une cathode noire en platine (Pt), complètement immergée dans l'eau [21, 22]. Lorsque le système était exposé à la lumière, l'énergie excitait le TiO2, libérant un électron. Le "trou d'électron", ou charge positive, restant sur l'atome de Ti serait rempli par un électron d'une molécule d'eau, oxydant l'eau pour produire de l'oxygène. L'électron libéré serait alors donné à un proton dérivé de l'eau, réduisant ainsi le proton en hydrogène [23]. En irradiant la photoanode avec de la lumière à des longueurs d'onde supérieures à 400 nm, le dispositif a pu générer de l'oxygène à la photoanode et de l'hydrogène à la photocathode, réalisant ainsi la décomposition de l'eau en oxygène et en hydrogène [21] comme illustré à la figure 3. Cependant, la molécule TiO2 n'est capable d'absorber que les longueurs d'onde ultraviolettes, de sorte que de grandes quantités d'énergie ne pourraient pas être extraites de cette manière [23].

Figure 3. Illustration de la séparation de l'eau via une cellule photoélectrochimique dans "l'effet Honda-Fujishima" [24]

Plus tard, en 1983, William Ayers de Energy Conversion Devices a breveté le premier dispositif de séparation de l'eau à lumière visible. Appelé "feuille artificielle", l'appareil était composé d'une cellule multijonction à film mince en silicium, avec une membrane Nafion pour le transport des ions au-dessus de la cellule, le tout immergé dans l'eau [25]. Lorsqu'il est éclairé, de l'oxygène s'est formé sur le substrat métallique arrière, tandis que de l'hydrogène s'est dégagé sur la surface du silicium, effectuant ainsi une photolyse de l'eau dans ses composants [14].

La réduction du CO2 en hydrocarbures grâce à l'énergie solaire a été réalisée pour la première fois en 1978 par M. Halmann [26]. Cette étude a utilisé un semi-conducteur au phosphure de type p constitué de phosphure de gallium comme photocathode. Le dispositif a été mis en suspension dans une solution aqueuse. Lorsqu'il est exposé à la lumière, le système produit avec succès de l'acide formique (HCOOH), du formaldéhyde (CH2O) et du méthanol (CH3OH) [22]. Depuis ces jalons, les scientifiques ont consacré de nombreuses recherches à l'étude des travaux de la photosynthèse artificielle.

La photosynthèse artificielle est un objectif complexe, supposant de nombreuses considérations nécessaires. Dans l'ensemble, les deux principales fonctions à remplir sont la collecte de la lumière et la séparation de l'eau. Il y a aussi l'extension possible de la fixation du dioxyde de carbone pour la production ultérieure d'autres carburants en plus de l'hydrogène pur [2]. Ainsi, il y a trois étapes principales dans la photosynthèse artificielle, qui sont similaires à la photosynthèse naturelle : l'absorption de la lumière pour atteindre un état excité, la génération et la séparation des charges, et la conversion chimique pour la production de carburant [4].

La première étape de la photosynthèse artificielle est l'absorption des photons lumineux comme source d'énergie pour alimenter le système. Cette zone de recherche se concentre sur la recherche de photosensibilisateurs qui utilisent de manière optimale l'exposition aux photons et sont capables d'agréger l'énergie lumineuse. L'une des caractéristiques limitantes de la photosynthèse naturelle est le fait que la plupart des molécules de pigment dans les organismes photosynthétisants ne peuvent absorber la lumière qu'à des longueurs d'onde comprises entre environ 400 et 700 nm [6], ce qui représente environ 50 % de la lumière solaire qui atteint la terre [18], comme le montre la figure 4.

Figure 4. Une visualisation du spectre de lumière solaire disponible sur terre. La région verte représente le rayonnement photosynthétiquement actif, qui ne représente qu'environ la moitié de la lumière solaire qui atteint la terre. [18]

Ainsi, en mettant en œuvre des matériaux capables d'utiliser une bande utilisée plus large dans le spectre solaire, cela crée la possibilité d'extraire une plus grande quantité d'énergie applicable à un rythme plus rapide.

De nombreux systèmes, inspirés de "l'effet Honda-Fujishima", utilisent une photoanode TiO2 comme absorbeur de lumière et catalyseur. Cependant, le problème avec ce matériau est qu'il n'est capable que d'absorber la lumière ultraviolette, il ne profite donc pas du large spectre de lumière disponible [23]. De plus, un matériau populaire pour les semi-conducteurs, comme présenté précédemment, est le silicium. Le silicium est un matériau attractif à cet effet car il peut absorber un spectre de lumière plus large, jusqu'à 1100 nm [18], et c'est aussi une source abondante et bon marché [12]. D'autres matériaux qui ont été étudiés pour cet objectif comprennent d'autres oxydes métalliques tels que ZnO, Fe2O3 et BiVO4, des nitrures métalliques tels que Ta3N5, des phosphures métalliques tels que GaP, des oxynitrures métalliques tels que TaON, etc. [12]. En 2012, Panasonic a utilisé un semi-conducteur au nitrure de gallium pour produire de l'acide formique et de l'éthanol à l'aide de la technologie des couches minces [42].

Un domaine d'intérêt dans ce domaine d'absorption de la lumière utilise des techniques scientifiques pour manipuler un système et ses fonctions. Dans ce cas, plusieurs actions à petite échelle peuvent être prises pour induire une absorption lumineuse appropriée. Par exemple, le dopage élémentaire est très couramment utilisé pour ajouter des impuretés spécifiques aux semi-conducteurs dans le but de modifier leurs propriétés, telles que les coupures d'absorption de longueur d'onde. De plus, la fonctionnalisation de surface et la nanostructuration rationnelle offrent la possibilité d'influencer le fonctionnement d'un matériau. Ajuster la structure d'un matériau est connu pour être un outil puissant pour affiner son objectif. Ainsi, ces stratégies aident à faire exactement cela. Dans le cadre du projet Blue Sky de l'Université du Michigan, un semi-conducteur de nitrure de gallium avec des nanofils de silice recouverts de cuivre et de fer a produit avec succès du méthane à partir de CO2 et de la lumière du soleil [43].

La séparation de l'eau implique la décomposition de l'eau en oxygène et en hydrogène au moyen d'une réaction redox chimique. Dans un procédé courant, une cellule photoélectrochimique incorpore une membrane à des fins de séparation. Lors de l'irradiation, les nanofils semi-conducteurs absorbent la lumière et l'oxydation de l'eau se produit, produisant de l'oxygène, ainsi que des électrons et des protons. Ces électrons traversent les fils jusqu'à l'extrémité de réduction, tandis que les protons y voyagent à travers une membrane conductrice de protons, généralement fabriquée à partir de Nafion, où les protons sont réduits en hydrogène. Ainsi, la photolyse de l'eau est obtenue grâce à la combinaison de deux systèmes différents, adaptés à leur objectif respectif [12].

Figure 5. Illustration côte à côte de a) la photosynthèse naturelle et b) une méthode de séparation de l'eau via la photosynthèse artificielle par une cellule photoélectrochimique avec une membrane de séparation. [12]

Les équations redox impliquées dans la séparation de l'eau peuvent être considérées comme :

Oxydation : 2H2O → 4e- + 4H+ + O2

Réduction : 4H+ + 4e- → 2H2

Réaction combinée : 2H2O → 2H2 + O2

[21]

Étant donné que la séparation de l'eau nécessite environ 2,5 V d'énergie, un catalyseur est nécessaire pour réagir avec les photons de la lumière du soleil afin de déclencher la réaction [2]. Dans une approche biomimétique, les chercheurs se sont penchés sur le manganèse comme élément catalytique car il se trouve dans le noyau photosynthétique des plantes. Cependant, cette application entraîne souvent une instabilité au sein d'un système artificiel [14] en raison d'un fonctionnement à court terme et inefficace [2]. En outre, comme mentionné précédemment, les oxydes métalliques sont populaires pour être considérés comme catalyseurs. Par exemple, un catalyseur découvert plus récemment, l'oxyde de cobalt (CoO), s'avère être une option stable, efficace et abondante [2]. En 2019, la feuille artificielle a été brevetée en utilisant de l'oxyde cuivreux pour produire du méthanol et de l'02 à partir de CO2 et de la lumière du soleil [41].

Un attribut notable de la séparation de l'eau est qu'elle implique l'oxydation de l'eau pour produire de l'oxygène ainsi que la réduction de l'eau pour produire de l'hydrogène. De nombreux catalyseurs qui fonctionnent le mieux pour une tâche sont insuffisants pour l'autre en raison de leurs potentiels de réduction ou d'oxydation nécessaires [27]. Ainsi, des systèmes couplant des matériaux adaptés à leur activité respective sont également envisagés.

Les catalyseurs moléculaires d'oxydation de l'eau sont spécialisés dans le dégagement d'oxygène. Généralement, ils sont à base de métaux de transition avec des premières sphères de coordination insaturées et fonctionnent comme des sites actifs pour les molécules d'eau, permettant l'accumulation de charges pour former un intermédiaire métal-oxo à valence élevée [28]. Par exemple, les catalyseurs à base de ruthénium et à base d'iridium présentent de bonnes performances en raison de leur réactivité et de leur stabilité. [12, 19, 28]. Cependant, ces éléments ont l'inconvénient, comme beaucoup, d'être rares et chers [12]. Ainsi, les chercheurs continuent de se concentrer sur des candidats plus abondants de la famille des métaux de transition tels que ceux à base de cuivre, à base de nickel et à base de fer [28]. L'utilisation de techniques moléculaires pour affiner des composés contenant des métaux abondants et riches en chimie redox tels que le fer afin d'améliorer la fonction catalytique reste un objectif essentiel dans ce domaine. Adam Hill de l'Université St Lawrence crée une unité binucléaire à combinaison hétérobimétallique de cobalt et de zirconium sur une base de silice poreuse qui canalise l'énergie vers un catalyseur réducteur de CO2 couplé. Celle-ci est associée à une membrane de séparation en nanotubes. [40].

Les catalyseurs moléculaires de réduction d'eau assurent la production d'hydrogène. Les catalyseurs comprennent généralement un complexe métallique avec des sites de coordination largement ouverts et une structure électronique pour stabiliser un intermédiaire hydrure métallique. Les matériaux courants comprennent les métaux nobles tels que les complexes à base de rhodium et à base de platine. Cependant, la recherche se concentre principalement sur le développement de catalyseurs à partir de métaux abondants dans la terre tels que le cobalt, le fer, le molybdène et le nickel. Les complexes de nickel sont signalés comme étant les catalyseurs de dégagement d'hydrogène les plus stables et les plus efficaces parmi ceux répertoriés. Néanmoins, l'optimisation des fonctions des matériaux par diverses techniques chimiques est toujours à l'étude. [28]

La réduction, ou la fixation, du dioxyde de carbone est un autre processus vital associé à la photosynthèse artificielle. En plus de la production d'oxygène et d'hydrogène dérivés de l'eau, il existe un intérêt à générer d'autres carburants hydrocarbonés en réduisant chimiquement le CO2 avec l'utilisation d'hydrogène. Étant donné que l'atome de carbone du CO2 occupe la valence la plus élevée, différents carburants de ce type peuvent être créés en fonction du niveau de réduction [26]. Des exemples de composés combustibles pouvant être produits sont l'acide formique (HCOOH), le méthanol (CH3OH), le monoxyde de carbone (CO) [29] et le méthane (CH4) [22], pour lesquels les réactions de réduction peuvent être observées :

CO2 + 2H+ + 2e– → HCOOH [22, 29]

CO2 + 2H+ + 2e– → CO + H2O [22, 29]

CO2 + 6H+ + 6e– → CH3OH + H2O [22, 29]

CO2 + 8H+ + 8e– → CH4 + 2H2O [22]

Contrairement à l'hydrogène carburant, les hydrocarbures liquides ont l'avantage de s'intégrer facilement dans notre infrastructure énergétique actuelle, et sont donc un produit plus recherché [1, 13, 19]. Cependant, la génération de tels carburants hydrocarbonés est un défi scientifique plus important en raison de la nature multi-électronique du processus, imposant ainsi une complexité supplémentaire [13, 19].

Bien que le mécanisme exact n'ait pas encore été établi, les chercheurs ont reconstitué une idée du processus qui se déroule lors de la réduction du CO2 par la lumière, qui est similaire à celui de la séparation de l'eau. Jusqu'à présent, on pense que le CO2 interagit initialement avec le catalyseur, formant un adduit par interactions électrostatiques, ce qui déclenche la libération d'au moins un électron par le photosensibilisateur excité. L'électron est transféré au catalyseur, activant la réaction de réduction suivie du couplage protonique. Le trou d'électron dans le photosensibilisateur est immédiatement rempli par un donneur d'électrons, et le processus est terminé [22].

Le niveau de réduction qui a lieu dépend de plusieurs éléments. L'environnement physique et chimique joue un rôle important, à savoir la température, la pression, l'énergie appliquée, etc. [22]. Cependant, la plus grande influence reste le choix du catalyseur. Les critères de catalyseur idéaux comprennent un matériau peu coûteux, durable et sélectif. Les candidats à la recherche comprennent des complexes à base de rhénium, ainsi que des complexes plus abondants à base de cobalt, de nickel, de fer et de zinc [22, 28].

Bien qu'un catalyseur brillamment adapté reste à réaliser, plusieurs stratégies peuvent être mises en œuvre pour améliorer les performances de conversion chimique. Par exemple, l'ingénierie structurelle a une grande influence sur la fonction d'un catalyseur/système. Avec la création de morphologies poreuses hiérarchiques, l'adsorption des intermédiaires à la surface de l'électrode pourrait être considérablement améliorée [27]. En outre, l'utilisation de co-catalyseurs tels que l'argent, l'or et le cuivre s'est avérée être une approche efficace pour augmenter l'efficacité de la conversion [22]. De nombreuses autres innovations ont été démontrées pour l'avancement vers un système pratique.

Il existe deux dispositifs importants qui ont été conçus de manière complexe dans le but de convertir l'énergie solaire en énergie chimique stockée dans les liaisons d'un carburant. Le premier qui sera abordé est la cellule photoélectrochimique, et le second est l'électrolyseur à couplage photovoltaïque. Les deux systèmes présentent des similitudes et des différences, ainsi que des avantages et des inconvénients.

Figure 6. Illustration schématique du fonctionnement d'une cellule photoélectrochimique commune. [32]

Certaines conceptions de cellules photoélectrochimiques intègrent également une membrane comme technique de séparation. La membrane est le plus souvent composée de Nafion, en raison de ses propriétés de conduction protonique [12]. Cette méthode de fractionnement de l'eau a également été décrite précédemment.

L'efficacité d'un dispositif de séparation de l'eau dépend principalement du matériau de la photoanode. En conséquence, les critères appropriés pour une photoanode sont une stabilité élevée en solution aqueuse, une large bande interdite et la capacité d'absorber la lumière visible. Les chercheurs ont initialement utilisé des matériaux semi-conducteurs, mais des inconvénients sont apparus, tels qu'une faible efficacité, une instabilité et une bande interdite étroite. Ainsi, l'attention s'est déplacée vers les photoanodes à base de carbone, les métaux de transition et les nanostructures. Pour les matériaux à base de carbone, le graphène, les nanotubes de carbone, les points de carbone et les points quantiques de carbone démontrent tous une bonne stabilité et une bonne génération de photocourant. Les métaux de transition tels que l'hématite dopée au germanium, le sulfure de cadmium, l'oxyde de zinc, le sulfure de cuivre et le molybdène présentent également d'excellentes performances. Ces matériaux présentent une efficacité exceptionnelle en raison de leur conduction électrique élevée et de leur stabilité électrochimique. De même, il a été prouvé que les nanostructures telles que les nanofils, les nanotapers et les nanorods augmentent le dégagement d'hydrogène au niveau de la photocathode [32].

Un électrolyseur à couplage photovoltaïque intègre le fonctionnement d'une cellule solaire et d'une cellule électrochimique dans des étapes distinctes [13, 28, 31]. Tout d'abord, l'absorption de la lumière et la séparation des charges sont réalisées par une cellule photovoltaïque. Ensuite, le potentiel énergétique généré par la cellule est appliqué à un électrolyseur pour initier et conduire une réaction redox [28]. De cette manière, le rayonnement solaire est initialement converti en électricité, qui est ensuite utilisée pour l'oxydation et la réduction de l'eau ou du CO2 dans la cellule de l'électrolyseur [13]. Ce type de système est considéré comme une approche plus efficace, car il peut atteindre des rendements solaire-hydrogène de 10 à 15 %, avec un record de 30 % en 2016 [31]. La figure 7 illustre une comparaison entre un dispositif de cellule photoélectrochimique et un dispositif d'électrolyseur à couplage photovoltaïque ainsi que leurs applications potentielles dans le monde réel.

Figure 7. Représentation visuelle de a) un dispositif de cellule photoélectrochimique et son application potentielle, et b) un électrolyseur à couplage photovoltaïque et son application potentielle. [28]

Le système d'électrolyseur à couplage photovoltaïque ultra-efficace de 2016 utilisait une cellule solaire à triple jonction disponible dans le commerce. Les trois sous-cellules étaient constituées respectivement de phosphure d'indium et de gallium (InGaP), d'arséniure de gallium (GaAs) et d'antimoniure d'arsenic d'azote d'indium et de gallium GaInNAs (Sb). La cellule solaire était connectée à deux membranes électrolytiques polymères en série, constituées de membranes Nafion. Les membranes étaient recouvertes d'un catalyseur noir de Pt à la cathode et d'un catalyseur noir d'Ir à l'anode. Pour commencer le processus, alimenté par un courant généré dans la cellule à triple jonction, de l'eau a été pompée dans l'anode du premier électrolyseur. Cela a provoqué l'entrée d'effluents d'eau et d'oxygène dans l'anode du deuxième électrolyseur, tandis que l'hydrogène s'écoulait de la cathode du premier électrolyseur vers la cathode du deuxième électrolyseur. L'hydrogène et l'oxygène ont été collectés à partir de la cathode et de l'anode, respectivement, au niveau du second électrolyseur. La figure 8 illustre ce modèle. De plus, l'eau n'ayant pas réagi était renvoyée dans le système pour être recyclée et réutilisée. L'opération s'est poursuivie sans interférence pendant 48 heures et a atteint un remarquable rendement de conversion solaire en hydrogène de 30 %, le rendement le plus élevé signalé à ce jour. [33]

Figure 8. Un système d'électrolyse à couplage photovoltaïque composé d'une cellule solaire à triple jonction connectée à deux membranes électrolytiques polymères en série. [33]

Un système de photosynthèse semi-artificielle fusionne activement les forces uniques associées à la fois à la photosynthèse naturelle et artificielle. Par exemple, la photosynthèse naturelle offre les précieux avantages d'une efficacité quantique élevée (proche de 100%), d'une excellente sélectivité et de mécanismes d'auto-réparation. D'autre part, les approches synthétiques offrent la possibilité de mettre en œuvre des matériaux avec un spectre d'absorption de la lumière plus large, ainsi que de manipuler des chimies moléculaires à diverses fins. En combinant les aspects de chaque extrémité, les chercheurs ont la possibilité de concevoir de manière contrôlée les composants individuels d'un système pour des applications spécifiques, minimisant ainsi les inconvénients [17, 34].

Les systèmes hybrides qui incorporent des absorbeurs de lumière synthétiques avec des catalyseurs d'inspiration biologique offrent une approche intéressante. En entraînant des photocourants à travers des enzymes câblées par électrode, ces catalyseurs peuvent générer des produits tenaces cinétiquement et thermodynamiquement avec une sélectivité de près de 100 % à des vitesses rapides [34].

Par exemple, le couplage de l'enzyme du photosystème II avec des semi-conducteurs inorganiques a été étudié. Dans un scénario, des complexes enzymatiques isolés du photosystème II ont été interfacés avec une électrode mésoporeuse et opale inverse d'oxyde d'indium et d'étain (ITO). La porosité hiérarchique de l'électrode présentait des pores à des longueurs qui correspondent à la taille de l'enzyme. une démonstration visuelle de ceci peut être vue sur la figure 9. Lorsqu'il est associé à une cathode chargée d'hydrogénase, le système a démontré une efficacité de conversion lumière-hydrogène de 5,4 %. Par conséquent, cela a stratégiquement connecté un collecteur de courant inorganique à un catalyseur biologique pour créer un système avantageux [34].

Figure 9. Système hybride enzymatique dans lequel les enzymes du photosystème II sont couplées à une électrode ITO synthétique. [34]

Les systèmes biohybrides qui utilisent la mise en œuvre de cellules entières ont la capacité de réaliser des chimies plus complexes par rapport aux systèmes à enzyme unique. Les organismes cellulaires tels que certains types de bactéries peuvent atteindre des degrés élevés d'efficacité et de spécificité en raison de leurs réseaux métaboliques et enzymatiques. Ainsi, l'utilisation de semi-conducteurs inorganiques ou de nanoparticules métalliques interfacées avec des cellules de micro-organismes a acquis son propre domaine d'investigation [17].

Dans un cas, une bactérie acétogène Moorella thermoacetica a été exposée à des AuNC de nanoclusters d'or solubles dans l'eau (principalement Au22 (SG) 18), où les AuNC ont agi comme un photosynthétiseur intercellulaire. Lorsque le système a été éclairé par une lumière à 532 nm, les électrons photogénérés ont traversé les médiateurs du cytoplasme, contournant les membranes cellulaires et atteignant les bactéries. Pendant ce temps, les trous d'électrons étaient remplis de cystéine, entraînant son oxydation. Le transfert de charge a finalement permis la production d'acide acétique à partir de CO2 par le biais des cellules bactériennes incorporées avec des composés inorganiques biologiquement compatibles. Le système a poursuivi la fixation du CO2 pendant une longévité de six jours. Ainsi, une approche cellule entière de la photosynthèse artificielle a été réalisée avec succès [35].

Une autre approche, incorporant l'anaérobie Methanosarcina barkeri, a également couplé la fonction biologique d'une espèce de bactérie avec un matériau catalyseur. Le système s'est déroulé dans une cellule photoélectrochimique constituée d'une électrode de sulfure de nickel nanoparticulaire, un matériau inspiré des hydrogénases naturelles dépendantes du nickel. Une culture de bactéries a été ajoutée à la cathode. Lorsqu'ils sont exposés à une irradiation visible, les équivalents réducteurs de l'hydrogène électrogène ont été utilisés pour entraîner la réduction du CO2 en CH4. Un schéma de ce dispositif peut être vu sur la figure 10. La stabilité à long terme a été démontrée sur une semaine d'électrolyse de 7 jours. Pendant ce temps, aucune perte de performance n'a été enregistrée et le système n'a nécessité la restauration du CO2 qu'une fois toutes les 24 heures. Par conséquent, la réduction du CO2 en CH4 a été exécutée au moyen d'un système biohybride. [36]

Figure 10. Une cellule photoélectrochimique incorporant la fonction de Methanosarcina barkeri pour la formation de CH4 par réduction de CO2. [36]

Les scientifiques utilisent leurs connaissances de la nanotechnologie et de la manipulation moléculaire pour mettre en œuvre des stratégies qui peuvent aider à diverses fins. Par exemple, le dopage élémentaire est une technique utilisée pour ajouter des impuretés aux semi-conducteurs qui peuvent altérer leur fonction. Les fonctions souhaitables incluent une large capacité d'absorption de la lumière, des performances de catalyseur efficaces et une sélectivité [13].

De plus, les stratégies supramoléculaires sont couramment utilisées lorsqu'il s'agit de la construction de dispositifs basés sur des composants moléculaires. L'organisation des chromophores peut conduire à un entonnoir d'énergie et à une séparation de charge à des vitesses plus rapides. Dans le cas de l'optimisation du catalyseur, la catalyse peut être améliorée par une préorganisation supramoléculaire, et la stabilité peut être renforcée par des cages supramoléculaires qui empêchent la dégradation. Par conséquent, la capacité de manœuvrer des fonctions spécifiques de cette manière est un avantage significatif des systèmes moléculaires. [31]

Pour continuer, le développement de différentes configurations et structures cellulaires joue un rôle important dans la fonctionnalité d'un appareil. Par exemple, une seule photoélectrode par rapport à une configuration en tandem peut déterminer une grande différenciation. De même, les cellules photoélectrochimiques présentent des performances distinctes d'un électrolyseur à couplage photovoltaïque [30]. De plus, la nanostructuration raisonnée peut offrir l'opportunité d'influencer le fonctionnement d'un matériau par la façon dont la surface est fonctionnalisée. Un réglage mineur de la structure d'un matériau peut grandement influencer son mécanisme [13].

Enfin, les conditions opératoires contribuent également à influencer le fonctionnement d'un système chimique. Plus précisément, la température, la pression et la concentration en ions de l'environnement ont une marge de manœuvre importante. La modification de ces conditions peut entraîner des résultats complètement différents pour la même configuration. Dans de nombreux cas, l'ajustement de la température ou de la pression d'un système peut avoir un effet beaucoup plus efficace [30].

Bien que des recherches révolutionnaires aient été menées dans ce domaine, la recherche d'un système viable en est encore à ses balbutiements. À ce stade, les chercheurs ont réalisé de nombreuses versions réussies de la photosynthèse artificielle. Cependant, toutes les méthodes proposées ont souffert des inconvénients d'une efficacité/vitesse inadéquate, d'une instabilité à long terme ou de dépenses financières [6]. La photosynthèse naturelle a mis des milliards d'années pour que l'évolution se développe, et l'humanité tente de la maîtriser en quelques décennies. Les experts prévoient que ce type de système ne sera pas prêt pour une utilisation industrielle avant au moins dix ans [2].

Néanmoins, la recherche d'un système rentable, robuste et évolutif se poursuit. Des chercheurs travaillant avec la Liquid Sunlight Alliance (LiSA) et le Center for Hybrid Approaches in Solar Energy to Liquid Fuels (CHASE) utilisent le financement de 100 millions de dollars accordé par le Département américain de l'énergie pour relever ce défi et développer bientôt une technologie prête pour une application à grande échelle. De plus, les États-Unis ne sont pas le seul pays à se concentrer sur ce sujet. Ce type de recherche est largement étudié dans différentes parties du monde telles que la Chine, le Japon et l'Union européenne [4]. La figure 11 montre une représentation du nombre d'articles qui ont été publiés sur la photosynthèse artificielle dans plusieurs pays différents.

Figure 11. Représentation du nombre de publications sur la photosynthèse artificielle dans chaque pays à ce jour en 2019. [4]

La photosynthèse artificielle pourrait fournir un système efficace et durable de production, de stockage et de transport d'énergie. Par exemple, il peut être utilisé pour produire des hydrocarbures, qui peuvent servir de substitut bénéfique aux combustibles fossiles. Il peut également produire de l'hydrogène, qui peut être appliqué de plusieurs façons. La canalisation de l'hydrogène produit par photolyse dans une pile à combustible peut être utilisée pour produire de l'électricité [18]. La figure 12 illustre un concept proposé de production, de stockage et d'application d'énergie solaire.

Figure 12. Une proposition illustrative d'un futur moyen de produire de l'hydrogène comme combustible solaire stockable et son application pour la production d'électricité. [18]

De plus, tout comme des panneaux solaires peuvent être installés sur les toits, fournissant une source secondaire d'électricité, les futurs dispositifs de photosynthèse artificielle peuvent également être appliqués aux maisons électriques. Au lieu de cela, ce système offre un moyen de stocker l'énergie pour une utilisation ultérieure.

De plus, les voitures à hydrogène sont devenues une option dans le monde des transports. Plus de 60% de l'épuisement mondial du pétrole est utilisé pour le transport [18]. Ainsi, les voitures électriques deviennent de plus en plus populaires et des modèles tels que la Toyota Mirai [37], la Hyundai Nexo [38] et la Honda Clarity [39] sont désormais alimentés à l'hydrogène, qui peut être suffisamment produit par photosynthèse artificielle. Les véhicules à hydrogène revendiquent plusieurs avantages au sein de l'industrie des véhicules électriques. Par exemple, ils nécessitent un court temps de ravitaillement d'environ trois minutes, sont capables de durer une distance sur une charge complète qui correspond à celle d'une voiture à essence, contrairement à la plupart des véhicules électriques qui peuvent prendre des heures de temps de charge et manquer de carburant rapidement [44, 45]. De plus, en termes de conscience environnementale, les voitures à hydrogène n'émettent aucun sous-produit nocif, ce qui est plus que ce que les voitures à essence peuvent prétendre [44].

De plus, un système qui utilise la photosynthèse artificielle pour produire de l'hydrogène pour le carburant des véhicules est hypothétiquement pratique. Pour mettre les choses en perspective, quatre moles de photons solaires sont nécessaires pour générer une mole d'hydrogène. La surface de la terre est exposée à une moyenne de 10 à 120 moles de photons par mètre carré en une seule journée. Cela signifie qu'entre 2,5 et 30 moles d'hydrogène pourraient être produites par mètre carré chaque jour. Cela équivaut à environ 5 à 60 grammes d'hydrogène par mètre carré par jour, et la Honda Clarity utilise environ 500 grammes d'hydrogène par jour pour fonctionner. Ainsi, seulement 10 à 20 mètres carrés, soit environ la surface d'un toit de garage, seraient nécessaires pour faire le plein d'une voiture. [18]

La photosynthèse artificielle est la clé pour imiter le moyen le plus efficace de la nature de produire un carburant riche en énergie à partir d'intrants abondants et renouvelables. Alimenter la société avec des ressources naturelles transformées chimiquement comme l'eau et le dioxyde de carbone est idéal pour notre avenir. Dans un système optimisé, un dispositif de photosynthèse artificielle pourrait être conçu pour extraire l'excès de CO2 de l'environnement, tout en y libérant de l'oxygène. Par conséquent, non seulement cette méthode serait un moyen de générer un carburant propre sans sous-produits nocifs, mais elle contribuerait également à inverser le réchauffement climatique [2]. Bien que l'effort soit lourd, le concept d'énergie renouvelable par photosynthèse artificielle est une solution intéressante et prometteuse.

À propos des auteurs:

Le Dr Raj Shah est directeur de Koehler Instrument Company à New York, où il travaille depuis 25 ans. Il est membre élu par ses pairs à IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSTMC, The Energy Institute et The Royal Society of Chemistry Récipiendaire du prix ASTM Eagle, le Dr Shah a récemment coédité le best-seller "Fuels and Lubricants handbook", dont les détails sont disponibles sur https://www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/MNL/SOURCE_PAGES/MNL372ND_foreword.pdf

Titulaire d'un doctorat en génie chimique de la Penn State University et membre du Chartered Management Institute de Londres, le Dr Shah est également scientifique agréé auprès du Conseil des sciences, ingénieur pétrolier agréé auprès de l'Energy Institute et ingénieur agréé auprès du Engineering Council, Royaume-Uni. Professeur auxiliaire au Département de science des matériaux et de génie chimique de l'Université d'État de New York, Stony Brook, Raj a plus de 350 publications et est actif dans le domaine des énergies alternatives depuis 3 décennies.

Plus d'informations sur Raj peuvent être trouvées à

https://www.petro-online.com/news/fuel-for-thought/13/koehlerinstrument-company/dr-raj-shah-director-at-koehler-instrumentcompany-conferred-with-multifarious-accolades/53404

Mme Eliana Matsil fait partie d'un programme de stages florissant au sein de la société Koehler Instrument et est étudiante à l'Université d'État de New York, Stony Brook, où le Dr Shah dirige actuellement le conseil d'administration externe du département de génie chimique.

Mme Gabrielle Massoud est titulaire d'une licence en génie chimique et d'une maîtrise en génie biomédical. elle a plus de 20 ans d'expérience dans le secteur de l'énergie et a déjà travaillé pour ExxonMobil et Soltex, inc. Dernièrement, elle a travaillé dans le domaine des énergies alternatives, des biopolymères et est active dans le domaine de la recherche de solutions durables pour notre planète.

Référence

[1] Styring S. Photosynthèse artificielle pour les carburants solaires. Discutez de Faraday. 2012;155:357–76.

[2] Layton J. Comment fonctionne la photosynthèse artificielle [Internet]. HowStuffWorks Science. HowStuffWorks ; 2020 [cité le 31 janvier 2021]. Disponible sur : https://science.howstuffworks.com/environmental/green-tech/energy-production/artificial-photosynthesis.htm

[3] Achat R, De Vriend H, De Groot H. Harmsen P, Bos H, éditeurs. Photosynthèse artificielle Pour la conversion de la lumière du soleil en carburant. 2015déc;

[4] Durrant J. Photosynthèse artificielle - Remarques finales. Discussions de Faraday. 2019juin5 ;

[5] Bennett2009-04-28T14:22:16+01:00 H. La feuille artificielle [Internet]. Monde de la Chimie. 2009 [cité le 31 janvier 2021]. Disponible sur : https://www.chemistryworld.com/features/the-artificial-leaf/3004813.article

[6] Photosynthèse Artificielle [Internet]. L'âge vert. 2017 [cité le 31 janvier 2021]. Disponible sur : https://www.thegreenage.co.uk/tech/artificial-photosynthesis/

[7] Davey T. Photosynthèse artificielle : Pouvons-nous exploiter l'énergie du soleil ainsi que celle des plantes ? [L'Internet]. Institut du futur de la vie. Tucker Davey https://futureoflife.org/wp-content/uploads/2015/10/FLI_logo-1.png ; 2018 [cité le 31 janvier 2021]. Disponible sur : https://futureoflife.org/2016/09/30/artificial-photosynthèse/

[8] Le ministère de l'Énergie annonce 100 millions de dollars pour la recherche sur la photosynthèse artificielle [Internet]. Energy.gov. [cité le 31 janvier 2021]. Disponible sur : https://www.energy.gov/articles/department-energy-announces-100-million-artificial-photosynthesis-research

[9] Bases de la photosynthèse | Culture en serre PRO-MIX [Internet]. [cité le 31 janvier 2021]. Disponible sur : https://www.pthorticulture.com/en/training-center/basics-of-photosynthesis/

[10] Vidyasagar A. Qu'est-ce que la photosynthèse? [L'Internet]. Science en direct. Acheter ; 2018 [cité le 31 janvier 2021]. Disponible sur : https://www.livescience.com/51720-photosynthèse.html

[11] Andreiadis ES, Chavarot-Kerlidou M, Fontecave M, Artero V. Photosynthèse artificielle : des catalyseurs moléculaires pour la séparation de l'eau par la lumière aux cellules photoélectrochimiques. Photochimie et Photobiologie. 2011;87(5):946–64.

[12] Poudyal RS, Tiwari I, Koirala AR, Masukawa H, Inoue K, Tomo T, et al. Production d'hydrogène par des méthodes photobiologiques. Compendium de l'énergie hydrogène. 2015;:289–317.

[13] Barber J, Tran PD. De la photosynthèse naturelle à la photosynthèse artificielle. Journal de l'interface de la Royal Society

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