Le solaire réinventé

Par Marie-Claude Bourdon

Depuis 19 ans, le réputé magazine d'actualité scientifique Québec Science dresse son palmarès des 10 découvertes québécoises de l'année les plus importantes. Habitués de ce palmarès, les chercheurs de l'UQAM font particulièrement honneur à leur institution cette année, avec 4 des 10 découvertes retenues par Québec Science. Voici le portrait de l'un de ces chercheurs, Benoît Marsan.

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Cela fait 25 ans, depuis ses études de doctorat, que le chimiste Benoît Marsan cherche le moyen de fabriquer une pile capable à faible coût de capter l'énergie solaire. «Une pile, dit-il, qui permettrait de démocratiser l'usage de cette énergie propre et inépuisable.» Au cours des deux dernières années, il a publié dans le Journal of the American Chemical Society et dans Nature Chemistry des découvertes qui pourraient transformer l'avenir de la pile solaire.

La Terre reçoit plus d'énergie solaire en une heure que la planète n'en consomme actuellement en un an! Malheureusement, il n'existe pas de moyen simple et efficace de transformer cet immense potentiel en énergie utilisable. Les piles solaires existantes, pour la plupart à base de silicium, coûtent une fortune. Résultat? L'électricité produite par ces piles revient cinq ou six fois plus cher que celle provenant de centrales hydroélectriques ou des combustibles fossiles. «En ce moment, l'énergie solaire revient à environ six dollars du watt produit, mentionne Benoît Marsan. Pour qu'elle devienne concurrentielle, il faudrait pouvoir la produire à moins de un dollar du watt.»

L'une des piles solaires les plus prometteuses a été conçue au début des années 90 par le professeur Michael Graetzel, de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Sensibilisée par un colorant, celle-ci s'inspire du principe de la photosynthèse pour absorber la lumière. Depuis 20 ans, des chercheurs de partout dans le monde tentent d'améliorer le principe de cette pile. Car malgré ses nombreux avantages - la plupart des matériaux qui la composent sont peu chers et, surtout, ils sont flexibles, ce qui permet de les intégrer à toutes sortes de surfaces exposées au soleil -, elle reste difficilement commercialisable en modules (quand plusieurs piles sont connectées entre elles pour obtenir de plus grandes surfaces), limitant les applications. En effet, l'une de ses composantes essentielles, la cathode, est enduite de platine, un matériau rare et coûteux. Autre problème : la solution électrolytique dans laquelle baignent l'anode et la cathode est très corrosive pour les contacts électriques en argent, ce qui compromet la stabilité de la pile lorsque montée en modules. Finalement, l'électrolyte est très coloré, réduisant la quantité de lumière qui passe à travers et limitant d'autant l'efficacité de la pile.

Une collaboration fructueuse

Au cours de sa carrière consacrée principalement à la conception d'une pile solaire électrochimique, Benoît Marsan a testé toutes sortes de systèmes et de composantes pour lesquels il a obtenu de nombreux brevets avec des membres de son équipe. En réfléchissant aux problèmes de la pile Graetzel, il a réalisé que deux composantes testées dans son laboratoire pourraient s'appliquer à cette pile solaire.

C'est lors d'un congrès au Portugal, en 2008, que le chimiste a proposé aux chercheurs de Lausanne une première modification à leur pile. Il s'agissait de remplacer le platine de la cathode par du sulfure de cobalt, un composé plus facile à produire, meilleur marché et plus stable. Au cours des mois qui ont suivi, les deux laboratoires ont travaillé en collaboration pour mettre au point une nouvelle pile au sulfure de cobalt : une première réussite dont le Journal of the American Chemical Society a fait mention dans un article publié en 2009.

Par la suite, c'est l'électrolyte de la pile Graetzel qui a été remplacé. Benoît Marsan a fourni à l'équipe de Michael Graetzel de toutes nouvelles molécules mises au point dans son laboratoire et dont la concentration a pu être accrue grâce à l'apport de son collègue Livain Breau, du Département de chimie. Le liquide ou gel qui en résulte est transparent et laisse donc passer la lumière. Cela contribue à améliorer le rendement de la pile. «Mais, surtout, l'électrolyte n'est pas corrosif, ce qui permet d'avoir une pile stable et commercialement viable lorsque montée en modules», explique Benoît Marsan. C'est cette deuxième innovation qui a été publiée en 2010 dans Nature Chemistry, la revue la plus cotée au monde en chimie.

Vers la commercialisation

Jusqu'à aujourd'hui, les deux nouvelles composantes ont été testées séparément. «En science, on travaille sur un paramètre à la fois, rappelle le professeur. Il s'agissait de démontrer que chacune des deux composantes pouvait améliorer significativement le rendement de la pile.» Mais c'est sur une pile intégrant à la fois la nouvelle cathode et le nouvel électrolyte que les chercheurs travaillent aujourd'hui. Fait intéressant, la pile fonctionne très bien sous un éclairage faible ou diffus (par temps couvert ou sous une lumière artificielle).

Si tout se passe bien, le professeur espère qu'une nouvelle pile solaire peu coûteuse, efficace (12 à 15% de rendement) et durable pourra être commercialisée d'ici quelques années. Cette pile pourrait servir à alimenter de petits appareils comme des calculatrices, des téléphones ou des ordinateurs portables. Grâce à sa flexibilité et à sa légèreté, on pourrait l'intégrer aux tissus des vêtements conçus pour les longues expéditions. Transparente, elle pourrait être appliquée sur les fenêtres des mai sons et on pourrait aussi en recouvrir la carrosserie des voitures pour un apport énergétique d'appoint. «Beaucoup de pays en développement ont le soleil, mais n'ont pas la technologie pour transformer cette énergie en électricité, observe Benoît Marsan. Il y a une niche énorme pour une pile solaire abordable dans ces pays.»

Source : Journal L'UQAM, vol. XXXVII, no 8 (10 janvier 2011)

Catégories : Sciences, Développement durable, Professeurs

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UQAM - Université du Québec à Montréal › Mise à jour : 10 janvier 2011