​L'hydrogène gazeux ne pourra être considéré comme un vecteur d'énergie durable, ainsi qu'une alternative aux carburants à base d'hydrocarbures, que s'il est produit « proprement ». Sa source principale est l'eau dans laquelle il est chimiquement lié à l'oxygène dont il faut le séparer. L'énergie nécessaire pour y parvenir doit ainsi être durable.

En ce sens, la décomposition de l'eau en dioxygène (O₂) et en dihydrogène (H₂) par photocatalyse solaire constitue l'une des pistes les plus intéressantes. Elle repose notamment sur l'utilisation de l'oxyde de titane (TiO₂), matériau semi-conducteur qui présente toutefois deux inconvénients dans ce contexte : un phénomène de recombinaison de charges tend à réduire les performances de l'action photo-catalytique et l'activation ne se fait que dans une fraction limitée (5 %) du spectre de la lumière solaire.

Améliorer la sensibilité du TiO₂ à la lumière solaire avec des              nanoparticules d'or

D'où l'idée de deux équipes de la recherche fondamentale du CEA d'associer leur savoir-faire, à ceux de la direction des énergies du CEA et de l'école Polytechnique, pour optimiser cette photodissociation de l'eau par TiO₂. Elles ont ainsi développé un dispositif photo-catalytique qui produit en continu du H₂, tel que le présentent Eric Doris et Florent Malloggi, respectivement de Joliot et de l'Iramis : « nous avons associé des nanotubes de carbone au TiO₂ pour dissocier les charges et minimiser le phénomène de recombinaison, ainsi que des nanoparticules d'or pour optimiser la sensibilité du TiO₂ à la lumière visible. Grâce au réseau enchevêtré des nanotubes, nous avons pu intégrer le tout dans une puce microfluidique ».

Cette approche présente l'avantage d'un rapport surface/volume élevé, favorisant d'autant plus l'efficacité de la réaction. Le TiO₂, les nanotubes de carbone et les nanoparticules d'or travaillant en synergie, la production d'hydrogène est multipliée par 2,5 par rapport à la seule combinaison TiO₂/nanotubes de carbone, et par 20 par rapport au TiO₂. Les chercheurs précisent qu'une stratégie équivalente pourrait être appliquée à des procédés de dépollution de l'environnement, en mettant par exemple en œuvre des dégradations photocatalysées de polluants chimiques.