Lors de la photosynthèse, les plantes produisent les carburants de base indispensables à toutes les autres espèces vivantes. Ne pourrait-on pas s'inspirer de ces procédés naturels pour produire demain de l'énergie à partir seulement de l'eau, de la lumière et du CO2 ? Ce processus de photosynthèse, il a principalement lieu au niveau de la feuille. Donc si je regarde cette plante ici, cette feuille ici qui est une feuille d'érable, il y a des cellules et à l'intérieur de ces cellules, il y a des sacs, des petits sacs qui ont une taille à peu près de l'ordre de quelques microns qu'on appelle des chloroplastes et qui vont être le siège de cette photosynthèse. Là, il va y avoir deux étapes, principalement, une phase qu'on va appeler diurne en journée où le Soleil va être capté par des molécules qu'on appelle des chlorophylles. Ces chlorophylles vont transformer cette énergie solaire de manière à créer des électrons et ces électrons vont permettre de faire l'électrolyse de la molécule d'eau. Et ce processus-là va permettre de stocker à la fois des protons et à la fois des électrons. Et ensuite, durant la nuit, il existe une deuxième phase. Il va y avoir un captage du CO2 par des molécules bien spécifiques au niveau de cette cellule végétale qu'on appelle la Rubisco, qui est une enzyme qui va capter le CO2. Et ce CO2 va être réduit par les protons et les électrons qui ont été générés et stockés durant la phase diurne. Donc, ce qui est important, c'est que durant la phase diurne, la phase où il va y avoir l'irradiation du Soleil, il va y avoir l'oxydation de l'eau, c'est-à-dire que c'est la molécule d'eau qui est constituée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène va être coupée sous une forme pour libérer de l'oxygène. Donc ça veut dire que pour le vivant, la feuille va à la fois produire de l'oxygène qui vous sert à respirer, mais va également produire de la matière qui est assimilable et qui va être un vecteur énergétique pour la survie du vivant. Donc, en résumé, la photosynthèse, elle consiste à combiner le CO2 avec de l'eau grâce à un processus photoélectrochimique, de manière à stocker cette énergie solaire sous forme moléculaire. Ce qu'on va appeler des carburants solaires. Le projet de recherche européen Escale a mis au point plusieurs procédés qui s'inspirent des différentes étapes de la photosynthèse naturelle. Cette photosynthèse artificielle permet de produire des gaz verts et plus particulièrement de l'hydrogène. Du fait de la complexité du vivant, il nous est impossible de copier le vivant exactement. On va s'inspirer des grands processus développés par la photosynthèse et, de là, on va en tirer deux grands processus qui vont être l'oxydation de l'eau et la réduction du CO2. Cette inspiration, elle peut avoir lieu à différents niveaux. Le premier niveau d'inspiration, il se situe au niveau du centre catalytique qui est en fait le centre où il va y avoir les deux réactions principales de la photosynthèse de la chlorophylle, qui sont des molécules très très simples qui vont utiliser un centre métallique avec une couronne organique. Ce centre catalytique avec cet atome métallique, il va utiliser, dans le cadre de la photosynthèse, un métal qui est très abondant à la surface de la Terre qui est du magnésium. En ce qui concerne notre approche de photosynthèse artificielle, on va utiliser d'autres métaux. Donc c'est principalement du fer, du cuivre, voire du cobalt. On va pouvoir y additionner un deuxième niveau d’inspiration qui est l'encapsulation de ces centres catalytiques dans des enzymes artificielles qui sont en fait des macromolécules. Au niveau de la chlorophylle, le centre catalytique, lui, est encapsulé dans des enzymes naturelles et le rôle de ces enzymes naturelles, c'est de favoriser la diffusion des espèces réactives vers le centre catalytique. Et enfin, le troisième niveau que l'on peut avoir, c'est au niveau de la structuration de ces sites catalytiques. Donc, une fois que le site catalytique a été encapsulé dans une enzyme artificielle, on va pouvoir utiliser cette brique de manière à pouvoir structurer ces briques et construire un matériau qui va présenter une porosité, une dimensionnalité, équivalente aux dimensions présentes au niveau de la feuille, c'est-à-dire des cellules végétales et des chloroplastes. Donc, en fait, on va, par des processus d'auto-assemblage de ces molécules, on va créer une structuration qui va permettre de mimer la structure finale des chloroplastes au niveau de la feuille. Le concept de photosynthèse artificielle revient à connecter un panneau photovoltaïque qui va être capable de récupérer l'énergie du Soleil et de produire de l'électricité au niveau de deux électrodes, une anode et une cathode, l'anode qui va réaliser l'oxydation de l'eau et la cathode qui, elle, va réduire les protons qui sont issus de cette oxydation de l'eau en hydrogène, qu'on va appeler hydrogène vert puisqu'en fait l'énergie électrique nécessaire pour produire cet hydrogène provient d'une énergie renouvelable qui est l’énergie du Soleil. Donc ici, l'idée sera de créer des panneaux photovoltaïques à la surface des toits des maisons. Ces panneaux photovoltaïques seront capables de produire de l'électricité qui pourra faire l'oxydation de l'eau de manière à produire des protons pour ensuite produire de l'hydrogène. Lorsque vous rentrerez à la maison le soir, vous utiliserez l'hydrogène pour reproduire de l'électricité à partir d'une pile à combustible pour votre télévision, pour recharger votre smartphone, mais également, pourquoi pas, recharger votre véhicule qui potentiellement pourrait être un véhicule à hydrogène. Ce qui est important, c'est que ce niveau d’inspiration où une maison pourrait correspondre à une feuille, on peut l'étendre à tout notre écosystème. C’est-à-dire que dans un écosystème tel que l'arbre, chaque feuille va être un site de production et de stockage de cette énergie. Et le quatrième niveau d'inspiration viendrait du fait qu'on pourrait produire et avoir une autonomie de l'habitat et le surplus énergétique qu'on serait capable de produire, on pourrait le revendre à notre voisin ou alors participer à une communauté solidaire au niveau énergétique. Ces travaux de recherche montrent que s'inspirer du vivant pour réussir la transition écologique est une démarche à la fois scientifique et sociétale, au service d'un écosystème plus juste et plus collaboratif.