Un colorant qui crée des cristaux semblables à des iris facilite la conversion des gratte-ciel et des serres en centrales électriques.

La vue a inspiré de nombreuses avancées technologiques, de la conception de capteurs au développement de caméras capables de discerner des informations pertinentes pour la prise de décision, tout en réduisant la consommation d'énergie. Aujourd'hui, la capacité de l'iris à s'adapter à différentes conditions d'éclairage a inspiré un groupe international de 24 chercheurs issus de six institutions à développer une teinte photochromique capable de réguler, sans dispositif externe, la lumière requise par un panneau photovoltaïque, par exemple. Cette avancée, publiée dans Nature et récompensée par un prix international de la Royal Society of Chemistry , permettrait de transformer un gratte-ciel vitré ou une serre en générateurs d'énergie monumentaux sans altérer les conditions de vie et le fonctionnement de l'intérieur.

Cette avancée découle, comme l'expliquent les chercheurs dans Nature , d'une limitation affectant l'utilisation de l'énergie solaire : la fabrication de cellules solaires à transmission optique fixe. Cela signifie que soit les conditions d'éclairage ne sont pas pleinement exploitées tout au long de la journée, soit des dispositifs d'orientation externes doivent être utilisés pour trouver la meilleure orientation à chaque heure, ce qui est difficile à mettre en œuvre dans des structures fixes comme les bâtiments.

Le groupe Nanomatériaux et dispositifs de conversion d'énergie de l'Université Pablo de Olavide (Séville), dirigé par le professeur Juan Antonio Anta, a rejoint l'équipe internationale PISCO pour combler ce manque. L'objectif est de développer des colorants photochromiques qui, appliqués à des cellules solaires semi-transparentes, s'adaptent aux conditions d'éclairage, conservant une transparence maximale en faible luminosité et s'assombrissant en cas d'exposition à un rayonnement maximal.

« Ces travaux démontrent la faisabilité de combiner deux fonctions souvent difficiles à concilier – le photochromisme et le photovoltaïque – au sein d'un même dispositif et à l'aide d'une seule molécule. Ils représentent une étape importante vers des fenêtres dynamiques et génératrices d'énergie pour la prochaine génération de bâtiments et d'infrastructures », souligne la Royal Society of Chemistry.

Selon Anta, le colorant photochromique « est une molécule capable de changer de couleur en fonction de la lumière, de sorte qu'elle peut être incorporée dans des cellules solaires semi-transparentes qui peuvent être utilisées dans des fenêtres intelligentes ».

« L'idée », ajoute-t-il, « est d'intégrer des panneaux photovoltaïques aux bâtiments. Pour intégrer une cellule solaire à une fenêtre, il faut qu'elle soit semi-transparente et intelligente, c'est-à-dire qu'elle s'obscurcisse pendant la journée tout en produisant de l'électricité. Une autre application que nous explorons actuellement concerne les serres, où elles auraient une double fonction : produire de l'énergie et protéger les plantes. »

L'une des limites des systèmes actuels est l'instabilité des matériaux. La production photovoltaïque, même si cela peut paraître paradoxal, est plus faible en été en raison de la chaleur. Cela réduit l'efficacité du silicium, l'élément le plus courant dans les panneaux actuels. Cette perte est en partie compensée par l'augmentation du nombre d'heures d'ensoleillement, mais l'énergie photovoltaïque est importante pour un rayonnement modéré.

La température, et pas seulement le rayonnement, est importante, c'est pourquoi la technique développée par le groupe PISCO, à base de colorants organiques, cherche également une formule qui la rende plus stable et robuste, ainsi que plus réactive aux changements de conditions d'éclairage.

L'objectif principal est d'assurer la stabilité thermique à l'intérieur des bâtiments sans compromettre la capacité de production d'énergie. Les molécules étudiées pour ce colorant innovant s'inspirent de l'œil, car ce sont elles qui réagissent le mieux à la lumière.

L'équipe de l'UPO, outre Juan Antonio Anta , comprend le professeur Gerko Oskam, les chercheurs postdoctoraux Renán Escalante et Valid Mwalukuku, ainsi que l'étudiante en prédoctorat Patricia Sánchez Fernández. L'équipe d'Anta se concentre sur l'étude des processus de photoconversion énergétique, l'optoélectronique et la simulation dans les cellules solaires, mais applique également la recherche à de nouveaux matériaux pour la production d'hydrogène solaire.

« Cette technologie a le potentiel de contribuer significativement à la transformation des fenêtres passives en cellules solaires actives. Pour les applications de fenêtres, la transparence et la capacité à fournir de l'ombre en cas de besoin sont des caractéristiques clés, et cette approche permet d'atteindre ces deux objectifs tout en produisant de l'énergie », explique Johan Liotier, chimiste à l'Université de Fribourg et membre de l'équipe.

Dans le domaine de l'énergie solaire, le chercheur Eduardo Fernández Camacho, professeur au Département d'ingénierie des systèmes et d'automatisation de l'Université de Séville, a également reçu une bourse du Conseil européen de la recherche (ERC) pour le projet « Contrôle optimal coopératif des centrales solaires ». L'objectif principal de cette recherche est de démontrer que les algorithmes de contrôle prédictif multi-scénario coopératif (MSC-MPC) peuvent être appliqués efficacement pour optimiser la production des centrales solaires commerciales. L'idée principale est de coordonner les différents sous-systèmes d'une centrale afin d'optimiser la production sur un horizon de plusieurs jours, en tenant compte des incertitudes environnementales et du marché.