Photosynthese artificiel

...

4H+ et des protons produisent de l’ATP par synthase.

En résumé, la lumière provoque:

- La photolyse de l’eau, source de protons et d’électrons et du dioxygène libéré au cours de la photosynthèse

- Le transfert des électrons le long d’une chaîne dite photosynthétique

- La formation et le maintien d’un flux de protons entraînant la formation de molécules énergétiques : ATP

II. Phase biochimique

La phase biochimique ou la phase sombre est la 2ème étape de de la photosynthèse. On l’appelle phase sombre car elle n’a pas besoin directement de lumière. Cette phase se déroule dans les stromas qui se trouve dans les thylakoides. Pour fonctionner cette étape a besoin de l’énergie qui a été produite durant la photochimique, elle a besoin de l’ATP. Le CO2 de la plante est fixé puis incorporé dans une molécule organique. Le CO2 est ensuite envoyé dans un cycle, le cycle de Calvin pour fomrer grâce à ce cycle le glucose dont à besoin la plante. La phase biochimique de la photosynthèse végétale n’est pas pertinente par rapport à la photosynthèse artificielle car elle a pour fonction la synthèse de glucose et non pas d’énergie, c’est pour cette raison que mon explication n’est que simplifiée.

Schéma

On voit que l’énergie du soleil est capté par les chlorophylles. Ensuite grâce à la molécule RH2 il y a transfert de l’H2O et du O2 vers le cycle de Calvin et que grâce à l’énergie lumineuse il y a création d’ ATP, qui est une molécule fournissant de l’énergie chimique. Ensuite dans le co2 issur de l’environnement ambiant est fixé et envoyé vers le cycle pour créer le glucose. Donc sur l’équation nous voyons qu’au départ il y a du dioxyde de carbone provenant de l’atmosphère ambiant qui est capté par la plante et de l’eau provenant de l’eau du sol. Ensuite les deux phases créent du glucose et de l’oxygène. C’est pour cela qu’il y 6 CO2 et 6 H2O car il faut équilibrer l’équation.

Photosynthèse artificielle

Comme nous l’avons dit en introduction l’enjeu énergétique est un enjeu majeur de notre société c’est pour cela que la photosynthèse a été la source d’inspiration d’un principe peut-être glorieux pour le futur. Maintenant que la photosynthèse organique est compris nous pouvons expliquer la photosynthèse artificielle. La photosynthèse artificielle n’est qu’un principe, pour qu’il fonctionner différents projet ont été crée. Mais avant il faut l’expliquer . Ce principe fonctionne a partir d’un édifice moléculaire, comprenant certains édifices similaires a la photosynthèse végétale qui n’est que la base de la photosynthèse végétale du moins de certaines phases. Les plantes absorbent l’énergie solaire pour produire du glucose, la photosynthèse artificielle fais de même et va absorber l’énergie dégagé par le soleil mais pour produire de l’électricité. le système artificielle va utiliser la première phase de la photosynthèse végétale qui est la phase photochimique. Comme il est dit précédemment pour faire fonctionner ce principe il faut un édifice moléculaire s’inspirant plus ou moins de la photosynthèse végétale. Justement, une équipe de chercheurs du MIT, dirigée par le professeur Daniel NOCERA, a mis au point une "feuille artificielle".

Cette feuille artificielle reproduit la photosynthèse et la phase photochimique en transformant l’énergie solaire en carburant chimique grâce à de l’eau. La feuille artificielle est plongée dans un bassin d’eau et elle est éclairée. Ce système n’a besoin d’aucun circuit électronique, ni d’alimentation pour fonctionner. Elle est organisée en plusieurs couches de différents matériaux. Chaque matériau va jouer un rôle important dans le processus de séparation de la molécule d’eau qui est constituée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène reliés par des liaisons "fortes". Ce système, qu’ils appellent « feuille artificielle », est en réalité cellule de silicium, matériau habituel des cellules photo voltaïques, bordée par des matériaux catalytiques très communs et relativement bon marché : une face de cobalt et l’autre composée essentiellement de nickel. Durant l’expérience nous observons une remontée de bulle, du côté du cobalt qui correspond à de l’ O2 et du côté du nickel du H2. Grâce au silicium situé entre les deux côtés nous pouvons récupérer ces deux gaz, afin de les stocker pour les réutiliser plus tard. Schéma(Fonctionnement de la feuille artificielle : les atomes des molécules d’eau sont séparés au niveau de la couche de cobalt, formant du dioxygène et des atomes d’hydrogène qui sont transformés en dihydrogène au niveau de la face de nickel). La pile à combustible reproduit le schéma inverse de la feuille artificielle. Elle utilise l’énergie produite par l’assemblage des molécules d’oxygène et d’hydrogène qui forme alors de l’eau. Pour cela on utilise une cathode et une anode, des électrodes qui vont récupérer le courant électrique. Une fois la feuille artificielle dans l’eau il ne reste plus qu’à récupérer l’oxygène et l’hydrogène produit. Puis à l’aide d’une pile à combustible par exemple transformer ces molécules en énergie. Cette partie du système n’a pas encore été conçue par Nocera et son équipe mais les technologies utilisant la pile à combustible existent déjà. Entre ces deux électrodes il y a de l’électrolyte, ce matériau va empêcher le passage d’électrons entre les différentes parties du système. Puis on branche de chaque côté des électrodes un réservoir d’oxygène et de dihydrogène. Le dihydrogène en passant dans l’anode ce dissocie, ainsi un électron e- passe dans l’anode et alimente le circuit en électricité et l’hydrogène H+ va dans l’électrolyte. Puis au niveau de la cathode les électrons, l’oxygène et l’hydrogène s’assemblent pour former de l’eau. De plus cette réaction produit de la chaleur qui peut par la suite être convertie en énergie. Nocera suggère une possible poursuite du développement de son procédé : il existe de minuscules particules de matière pouvant décomposer les molécules d’eau lorsqu’elles sont placées en plein soleil, et agissant plus comme des algues photosynthétiques que comme des feuilles. L’avantage de ces petites particules, dit-il, serait d’exposer au soleil une surface beaucoup plus importante, ce qui permettrait d’exploiter