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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.

Fellows et Conseillers

Photo of Edward Sargent

Edward Sargent

Directeur du programme

Dans ses recherches, Edward Sargent analyse l’utilisation de points quantiques colloïdaux pour améliorer le rendement d’appareils et réduire les coûts de fabrication. En ajustant la taille et les propriétés de…

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Diplômé

Alán Aspuru-Guzik

Boursier principal

Harvard

États-Unis

Curtis P Berlinguette

Boursier

Université de la Colombie-Britannique

Canada

Christopher J. Chang

Boursier principal

Université de la Californie à Berkeley

États-Unis

Catherine L. Drennan

Boursière principale

Massachusetts Institute of Technology

États-unis

Sharon Hammes-Schiffer

Boursière principale

Université de Yale

États-Unis

Mario Leclerc

Boursier principal

Université Laval

Canada

Karl Leo

Boursier principal

Université de technologie de Dresde

Allemagne

Thomas Mallouk

Boursier principal

Pennsylvania State University

États-Unis

Gregory Scholes

Boursier principal

Université de Princeton

États-Unis

Rienk Van Grondelle

Boursier principal

VU University

Pays-Bas

Aleksandra Vojvodic

Boursière

Université de la Pennsylvanie

États-unis

Peidong Yang

Boursier principal

Université de la Californie à Berkeley

États-Unis

Conseillers

Fraser Armstrong

Conseiller

Université d'Oxford

Royaume-Uni

Richard Cogdell

Conseiller

Université de Glasgow

Royaume-Uni

Shaffiq Jaffer

Conseiller

Total American Services

États-unis

Daniel G. Nocera

Conseiller

Université Harvard

États-unis

Vivian Wing Wah Yam

Conseillère

Université de Hong Kong

Chine

Mondial Scholar

Nathaniel Gabor

Chercheur mondial ICRA-Azrieli

Université de Californie, Riverside

États Unis

Gabriela Schlau-Cohen

Chercheuse mondial ICRA-Azrieli

Massachusetts Institute of Technology

États-unis

Jeffrey Warren

Chercheur mondial ICRA-Azrieli

University Simon Fraser

Canada

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