Photosynthese artificiel

TPE Photosynthèse artificielle

Introduction

Nous allons vous présenter le travail réalisé tout au long de l'année qui est sur la photosynthèse artificielle. La photosynthèse artificielle est une énergie renouvelable récente, du moins le principe est assez récent c’est pour cela que la documentation est assez rare ou dans d’autres langues, donc pour nous aider nous avons rencontré ou interviewer plusieurs personnes pour enrichir nos recherches et notre TPE. Nous avons rencontré un biologiste Thierry Lamaze, il a été d’une grande aide pour comprendre la photosynthèse végétale et il nous a donné son avis quant à la futur énergie renouvelable qu’est la photosynthèse artificielle. Le second intervenant est Alfonso Perez Escudero, chercheur du MIT, il nous a donné son avis de physicien grâce à une vidéoconférence.

Avant d'expliquer ce qu'est ce principe il faut le situer dans un classement avec les autres énergies. Dans toutes ces énergies nous pouvons différencier trois catégories qui sont:

- Les énergies fossiles, qui ont un rendement de 81.1 % ;

- L’énergie nucléaire qui a un rendement de 5.8 %;

- Les énergies renouvelables qui ont un rendement de 13,2%;

On remarque que ce sont les énergies fossiles qui sont les plus exploitées pourtant ces énergies sont épuisables donc bientôt nous ne pourrons plus les utiliser. Ce sont les plus utilisées car ce sont les moins coûteuses et sont plus accessibles et surtout on peut produire beaucoup sans trop utiliser. Cependant les énergies fossiles provoquent de nombreux dégâts environnementaux et c’est ce qui pose problème. Dans les énergies renouvelables ce trouve une source inépuisable d’énergie à la différence des fossiles. Cette énergie est l’énergie solaire, cette source est encore trop peu exploitée. Cette énergie est caractérisée par un rayonnement électromagnétique de 3.9x10^26 W. Cette consommation vaut 8000 fois la consommation d’énergie primaire mondiale. On reçoit seulement 1.76x10^17 W de cette énergie. Sur cette énergie reçue 30% réfléchi, 20% photosynthèse, cycle de l’eau et enfin 50% équilibre thermique du sol. On voit donc que l’énergie solaire est très peu et très mal exploitée. Le soleil fournit une quantité énorme d’énergie, malheureusement trop de problèmes empêche la pleine utilisation des capacités du soleil. Par exemple il est difficile de stocker l’énergie solaire ou bien cette énergie est intermittente (si il fait beau ou non, nuit ou jour).

L'humanité pourrait trouver la technologie nécessaire à cette production en s'inspirant de la nature, c’est Le biomimétisme qui consiste à imiter la nature et tiré partie de système biologique pour une exploitation artificielle sur des objets conçus par l'homme. On peut ainsi reproduire des mécanismes d'animaux en les utilisent dans des technologies humaines. Ce principe a inspiré une grande partie des technologies modernes comme par exemples tgv japonais qui s’inspirent du bec des martins pêcheurs ou les centres commerciaux grâce à la termitière en reproduisant le système d’aération uniforme de ces dernières. Nous allons nous intéresser à la photosynthèse artificielle qui reprend le principe de photosynthèse végétale ,utilisent une sources d'énergie inépuisable , le soleil . Il est donc pertinent de se demander si cette capacitée de production peut-elle être imitée pour fournir l'humanité en energie . Il existe plusieurs types de photosynthèses artificielles, à l’état de recherche ou de prototype. Une équipe du National Renewable Energy Laboratory rapporte en 1998 avoir créé un dispositif permettant de dissocier l'oxygène et l'hydrogène de l'eau à partir d'énergie solaire. Mais ce dispositif s’est révélé instable et trop cher. En 2007, une équipe de l’université de Kyoto annonce quant à elle avoir inventé un procédé capable de capter le CO2 atmosphérique 300 fois plus efficacement que les plantes. Néanmoins en 2011 la feuille artificielle crée par Daniel Nocera , ancien chercheur au MIT est le projet le plus abouti technologiquement et le plus représentatif du principe général qui est d’oxyder l’eau pour produire de l’oxygène et du dihydrogène. Michel Graetzel quant a luii et l’un des chercheurs les plus avancé sur le sujet grâce à sa cellule graetzel. Grätzel c’est un système photoélectrochimique inspiré de la photosynthèse végétale qui, exposé à la lumière, produit de l’électricité. Nous allons donc grâce à c’est deux projet expliquer Comment le principe de la photosynthèse végétale peut-il être simulé afin de créer de l’énergie ?

Photosynthèse

Afin de comprendre le fonctionnement de la photosynthèse artificielle, il faut d’abord s'intéresser à la photosynthèse végétale.

La photosynthèse végétale fonctionne grâce à la lumière du soleil, l'eau et le CO2, elle a lieu dans des organites appelés chloroplastes, dans le cytoplasme de la cellule eucaryote. Elle se déroule en deux phases spécifiques: la phase photochimique ou phase lumineuse, et la phase biochimique ou phase sombre.

photochimique:

C’est elle qui produit l’énergie nécessaire à la plante, elle se déroule dans les thylakoides.

L’enjeu de cette phase est de produire de l’ATP et des transporteurs réduits RH2 qui transportent l’hydrogène.

Lumière capturée par les membranes des thylakoides, dans ces membranes on trouve des photosystèmes. Ces photosystèmes collectent les photons qui seront eux-mêmes redirigé sur le centre réactionnel, là ils produisent un travail sous la forme d’un electron très energetique. Un photon vient frapper un electron de la chlorophylle, electron récupéré par un accepteur d’éléctron, c’est la photoexitation de la chlorophylle (réduit -> oxydé).

La lumière provoque la photolyse de l’eau, dissocié en 4H+ et 1 molécule de O2 et 1 electron qui est donné à la clorophylle oxydée qui retrouve alors son état réduit.

Le premier electron (récupéré par l’accepteur) passe par une chaîne d’oxydo réduction, c’est la chaine photosynthétique. Accepteur final oxydé dans le stroma, il accepte l’électron et dégage des transporteurs réduits

Les

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