L'énergie solaire n'est pas toujours disponible. C'est l'un des défis majeurs auxquels se confronte le déploiement massif des énergies renouvelables. Tous les soirs, lorsque le soleil se couche, les panneaux photovoltaïques cessent de produire de l'électricité. Pour chauffer nos maisons la nuit, il faut donc compter sur un système de stockage de cette énergie intermittente. Le plus souvent jusqu'ici, une batterie lithium-ion du même type que celles qui équipent nos téléphones portables ou nos voitures électriques.

Mais des chimistes de l'université de Californie à Berkeley (États-Unis) présentent aujourd'hui une solution bio-inspirée qu'ils prétendent capable de « mettre le soleil en boîte » pour libérer son énergie ensuite à la demande sous forme de chaleur. Pour nous aider à comprendre, Han Nguyen, auteure principale de l'étude, évoque, dans un communiqué, ces lunettes qui sont tout à fait transparentes à l'intérieur, mais s'assombrissent lorsque l'on sort au soleil. « Nous voulions exploiter ce principe, pas pour un changement de couleur, mais bel et bien pour stocker de l'énergie solaire puis la libérer, et ce indéfiniment. »

Une molécule inspirée de notre ADN

Les chercheurs de l'université de Californie ne sont pas les premiers à s'intéresser au stockage d'énergie solaire thermique moléculaire - le MOlecular Solar Thermal energy storage ou Most. L'idée, s'appuyer sur une molécule qui change de structure lorsqu'elle est exposée au soleil. Elle peut ainsi potentiellement stocker la chaleur pendant des années. Sans perte. Et la restituer lorsque la molécule est encouragée à retrouver sa forme initiale. Concrètement, cela revient à transformer l'énergie du Soleil en une énergie chimique piégée dans une molécule. Comme une batterie moléculaire rechargeable.

Dans le journal Science, les chimistes américains décrivent la molécule qu'ils ont développée à cet effet. Une molécule organique appelée pyrimidone. Elle est similaire à un composant de l'ADN qui peut subir des dommages réversibles lorsqu'il est exposé aux ultraviolets. Sous l'effet de la lumière solaire, la molécule conçue par les chercheurs se contracte et emmagasine une énergie considérable. Elle conserve cette forme jusqu'à ce qu'un déclencheur - comme une faible source de chaleur ou un catalyseur acide - la ramène à son état initial, libérant ainsi l'énergie stockée sous forme de chaleur. Un pas de géant vers le stockage moléculaire stable et réversible. Un vieux rêve de la chimie.

Des performances à faire pâlir d’envie les batteries classiques

Côté performances, cette « batterie solaire » n'a rien à envier à nos plus classiques batteries lithium-ion. La densité énergétique de ces dernières n'atteint pas le mégajoule par kilogramme (MJ/kg). Celle de la pyrimidone est presque deux fois plus importante : de plus de 1,6 MJ/kg. Résultat, les chimistes sont parvenus à faire bouillir de l'eau grâce à la chaleur dégagée par leur matériau. « C'est un processus plus énergivore qu'il n'y paraît. Le fait de pouvoir faire bouillir de l'eau dans des conditions ambiantes est une avancée majeure », assure Han Nguyen.

De quoi ouvrir la voie à des applications pratiques, d'autant que les chercheurs ont éliminé de la molécule « tout ce qui était inutile afin de la rendre aussi compacte et légère que possible ». Le système pourrait servir au chauffage autonome en camping ou au chauffage de l'eau chaude sanitaire. D'un point de vue pratique, les chimistes suggèrent que leur matériau, soluble dans l'eau, pourrait être pompé à travers des capteurs solaires installés sur les toits pour se recharger pendant la journée et stocké dans des réservoirs pour fournir de la chaleur la nuit. De quoi envisager même, à l'avenir, des bâtiments capables de stocker eux-mêmes la chaleur du soleil, comme le font les organismes vivants...