Des scientifiques suisses et chinois développent des panneaux solaires qui produisent de l'énergie sous l'eau

Les panneaux solaires ne sont plus confinés aux toits. Ils bordent les routes, flottent sur les lacs alpins et s'installent entre les voies ferrées. Maintenant, ils pourraient se diriger vers un endroit entièrement nouveau : sous la surface de la mer.

Des chercheurs de l'Université du Yunnan en Chine, en collaboration avec une équipe de l'Institut fédéral suisse de technologie ETH Lausanne, ont développé des cellules solaires capables de générer de l'électricité sous l'eau à une profondeur de dix mètres. Le groupe de l'ETH était dirigé par Michael Grätzel, l'un des chercheurs les plus éminents au monde dans le domaine du photovoltaïque. Les travaux ont été publiés dans la revue Joule.

Produire de l'énergie solaire sous l'eau est loin d'être simple. Plus l'eau est profonde, plus elle absorbe le rayonnement solaire, et le spectre lumineux change avec la profondeur. Les chercheurs ont résolu ce problème en utilisant un matériau qui imite le comportement d'un minéral cristallin appelé pérovskite. Cela leur a permis d'exploiter les longueurs d'onde qui peuvent encore pénétrer à de telles profondeurs.

La pérovskite est à l'origine un minéral naturel à base de titanate de calcium. En photovoltaïque, le terme désigne des matériaux synthétiques qui imitent sa structure cristalline. Leur composition peut être modifiée pour absorber des parties spécifiques du spectre lumineux, ce qui les rend particulièrement polyvalents pour les cellules solaires.

En laboratoire, les cellules ont atteint une efficacité de près de 35 % sous une lumière équivalente à celle trouvée à une profondeur de dix mètres. C'est une valeur très élevée, bien qu'elle ne puisse pas être directement comparée à l'efficacité des panneaux solaires normaux sous la lumière du soleil, car le spectre et l'intensité de la lumière utilisée sont différents.

La recherche est allée au-delà des simulations. Les modules ont également été testés dans des conditions réelles en mer de Chine méridionale et ont démontré qu'ils peuvent générer de l'électricité sous l'eau. Un grand module éclairé pendant deux heures à une profondeur de dix mètres a produit 324 milliwatt-heures d'énergie, qui a été utilisée pour charger des batteries lithium-ion et alimenter des LED.

La durabilité est également prometteuse. Lors de tests accélérés, les cellules ont montré une très faible dégradation. Les chercheurs estiment une valeur T80 — le temps pendant lequel la performance chute à 80 % de sa valeur initiale — d'environ 48 000 heures, soit l'équivalent de 5,5 ans dans des conditions simulées à dix mètres de profondeur.

Cette technologie pourrait être utilisée pour rendre autonomes en énergie les capteurs, caméras, robots sous-marins, systèmes de communication et équipements de surveillance aquacole. Ce sont des appareils qui nécessitent aujourd'hui souvent des remplacements réguliers de batterie ou de longs câbles connectés à la surface.

Pour l'instant, les panneaux sont un succès de laboratoire avec des essais sur le terrain prometteurs. La question est de savoir s'ils peuvent être mis à l'échelle, déployés et entretenus dans l'environnement hostile de l'océan ouvert. Mais le potentiel est énorme. Si l'énergie solaire peut fonctionner sous les vagues, le nombre d'endroits où l'énergie propre peut être générée s'élargit considérablement. La mer, il s'avère, pourrait être la prochaine frontière pour le photovoltaïque.

Écrit par Sandy van Dongen sandy.vandongen@alpineweekly.com