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Les PartenairesFonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT)
Disciplines
Biochimie, Biologie, Chimie, Génie biologique, Génie électrique, Nanotechnologie, Physique, Synthèse des matériaux

Comment apprendre de la nature pour exploiter l’énergie du Soleil?

Comme la demande énergétique doublera d’ici 2050, nous avons besoin de toute urgence de sources énergétiques renouvelables et propres, comme l’énergie solaire. Dans ce programme, la science veut s’inspirer de la photosynthèse qui a évolué au fil de milliards d’années pour convertir efficacement l’énergie solaire en énergie électrique et chimique. Les chercheurs au sein du programme tirent profit de ces leçons pour convertir plus efficacement des photons en électrons, et créer de nouveaux carburants directement à partir de l’énergie solaire.

Notre approche singulière

Le programme de l’ICRA réunit une équipe internationale d’horizons disciplinaires variés, notamment : nanotechnologie, chimie, biologie, génie biologique et synthèse des matériaux. En travaillant de concert, les chercheurs peuvent examiner le problème en cause de multiples perspectives et créer un nouveau cadre de réflexion qui transcende les disciplines.

Le programme Énergie solaire bioinspirée s’inspire des organismes photosynthétiques pour découvrir comment créer des technologies solaires. Les Boursiers se penchent sur le captage et la conversion des photons en énergie électrique, ainsi que la catalyse et l’entreposage du carburant.

Pourquoi est-ce important?

La combustion des combustibles fossiles comble 85 pour cent de la demande énergétique mondiale. Cette technologie émet du CO2 dans l’atmosphère et contribue au réchauffement climatique. La croissance de la population et l’augmentation du niveau de vie doubleront la demande énergétique, de 15 térawatts à 30 térawatts, d’ici 2050. La technologie de l’énergie solaire a beaucoup évolué, mais les piles solaires de silicium conventionnelles s’approchent de leur limite en matière d’efficacité et d’abordabilité, et nous n’avons toujours aucune bonne solution pour l’entreposage de l’énergie solaire. Il est impératif de réaliser des percées technologiques pour répondre à la croissance de la demande.

En profondeur

Les organismes biologiques renferment de puissantes leçons en matière de conversion énergétique. Les plantes peuvent transmettre l’énergie solaire qu’elles absorbent pratiquement sans aucune perte depuis des antennes qui absorbent la lumière jusqu’à des centres réactionnels biochimiques, et convertissent le dioxyde de carbone en combustibles à base de carbone. Ce processus est beaucoup plus efficace que la synthèse artificielle de liaisons carbone. En outre, les organismes biologiques mènent à bien toutes ces fonctions tout en se propageant et en se réparant.

L’un des objectifs principaux du programme est de trouver de meilleurs moyens d’exploiter l’énergie des photons. La chlorophylle s’acquitte de cette tâche dans les organismes photosynthétiques et a optimisé le processus de plusieurs façons. Par exemple, la chlorophylle s’organise en réseaux d’antennes qui se spécialisent dans la capture de l’énergie d’un photon et dans sa transmission jusqu’à un centre réactionnel où l’énergie sert à faire passer un électron à un état énergétique supérieur. Les leçons que renferment ces réseaux d’antennes pourraient considérablement accroître l’efficacité du captage solaire artificiel.

Le programme se penche aussi sur la catalyse et l’entreposage de carburant. Les plantes utilisent l’énergie solaire pour convertir de façon incroyablement efficace le dioxyde de carbone en carburant sous la forme de sucres. Les Boursiers de l’ICRA voudraient jouir de la même efficacité dans la conversion de l’énergie solaire en énergie chimique que l’on pourrait entreposer et ensuite convertir en énergie électrique.

Dans toutes ces recherches, les membres du programme travailleront avec des partenaires de l’industrie pour cerner les questions auxquelles il faut trouver réponse et créer des stratégies de commercialisation des nouvelles technologies.

Parmi les objectifs du programme, notons :

  • Concevoir des catalyseurs qui peuvent contribuer à la synthèse de carburant directement à partir de l’énergie solaire;
  • Tirer profit des leçons des complexes d’antennes pour transmettre l’énergie rapidement et sur de grandes distances;
  • Créer des matériaux qui absorbent efficacement la lumière, se réparent et présentent d’autres caractéristiques des organismes biologiques;
  • Mettre au point une vision systémique qui permettra aux chercheurs multidisciplinaires de partager un même vocabulaire sur la question de recherche.

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