La production de carburants solaires et notamment d'hydrogène solaire, par nature décarboné, est au cœur de la transition énergétique. Les dispositifs photo-électrochimiques qui permettent cette capture directe de l'énergie solaire sous la forme de molécules restent toutefois au niveau du laboratoire. Pour accélérer leur développement, le CEA lance avec Engie R&I un programme de recherche commun, soutenu par une Chaire industrielle ANR. Baptisée « Prosper-H2 », elle est portée par Vincent Artero, directeur de recherche au CEA-Irig, et labellisée par le Pôle de compétitivité Axelera.
La Chaire implique cinq laboratoires du CEA, dont trois unités mixtes de recherche de la DRF (LCBM, SyMMES et NIMBE), en collaboration avec le CNRS et les Universités Grenoble-Alpes ou Paris-Saclay. Les équipes apporteront leur expertise dans de nombreux domaines : électrocatalyse, photonique, photo-électrocatalyse, science des matériaux, modélisation multi-échelle et multi-physique, et génie chimique afin de fabriquer des prototypes de production décentralisée d'hydrogène solaire. Le programme se penchera également sur les implications RSE (Responsabilité sociale des
entreprises) de ces technologies via des analyses du cycle de vie, des études technico-économiques et sociotechniques.
Du prototype à l'analyse socio-technique des futurs usages
L'ambition de Prosper-H2 est de mettre au point une technologie alternative pour une cellule photo-électrochimique autonome, produisant de manière décentralisée de l'hydrogène à partir d'eau et d'énergie solaire. Il s'agira de :
- élaborer de nouveaux matériaux pour les électrodes et les photo-électrodes pour atteindre des performances photo-électrochimiques et une stabilité élevées ;
- concevoir le système de matériaux pour qu'il fonctionne en toute sûreté dans des conditions de pH proches de la neutralité ;
- modéliser l'ensemble du dispositif pour son optimisation par génie chimique et photonique, permettant notamment d'exploiter au mieux le flux solaire.
L'objectif final de Prosper-H2 est le prototypage de cellules photo-électrochimiques de 1000 cm2 et leurs tests dans des conditions réalistes sur les plateformes du CEA, à l'Institut national de l'énergie solaire (CEA-Liten), et d'Engie au sein de son Lab Crigen.
D'une durée de quatre ans, le projet permettra notamment de financer six thèses dont trois par le dispositif Cifre. L'une d'elle s'intéressera aux aspects socio-techniques de ces développements, en vue d'étudier l'intégration des futurs dispositifs dans le tissu économique, industriel et urbain.