Un groupe de chercheurs est parvenu à produire de l’électricité en immergeant des panneaux solaires spéciaux jusqu’à 10 mètres de profondeur dans la mer de Chine méridionale : la lumière filtrée par l’océan peut alimenter des robots, des capteurs et des stations de surveillance.
A première vue, cela pourrait sembler une contradiction: mettre une cellule solaire exactement là où la lumière du Soleil devient de plus en plus faible à mesure que l’on descend. Or, un groupe de chercheurs de l’Université du Yunnan, en Chine, est parvenu à produire de l’électricité avec des modules photovoltaïques immergés jusqu’à 10 mètres de profondeur dans la mer de Chine méridionale.
Il ne s’agit pas, toutefois, des traditionnels panneaux en silice installés sur les toits, mais de cellules réalisées avec des pérovskites à base d’halogénures de plomb, c’est-à-dire des matériaux semiconducteurs dont les propriétés peuvent être ajustées pour absorber des portions spécifiques du spectre lumineux. Le résultat, publié dans la revue Joule, ne préfigure toutefois pas de vastes centrales solaires sous-marines: l’objectif est bien plus concret et ciblé, et concerne l’alimentation de capteurs, caméras, systèmes de communication et de petits robots qui dépendent aujourd’hui de batteries ou de liaisons avec la surface.
Lumière filtrée
Pour comprendre pourquoi le système fonctionne, il faut surtout considérer que l’eau n’éteint pas toute la lumière de la même façon. Les longueurs d’ondes les plus longues, notamment dans le spectre du rouge et de l’infrarouge, sont rapidement absorbées, tandis que celles comprises grossomodo entre 400 et 600 nanomètres – allant du bleu jusqu’à une partie de l’orange – parviennent à pénétrer plus profondément. Les chercheurs ont donc conçu une pérovskite avec un gap band d’environ 1,96 électronvolt: en termes simples, ils ont ajusté le matériau afin qu’il soit particulièrement adapté à convertir précisément les photons qui subsistent et qui s’aventurent le plus loin dans l’eau.
En laboratoire, sous une lumière artificielle simulant le spectre présent à 10 mètres de profondeur, les cellules ont atteint une efficacité de conversion de 34,71%. Le chiffre ne signifie pas que sous l’eau on produit plus d’électricité que sur la terre ferme: l’énergie lumineuse disponible est en effet bien inférieure, mais une part particulièrement élevée de cette faible lumière restante est convertie en électricité.
Essai en mer
Après les expériences en laboratoire, les chercheurs ont monté des modules avec une surface active de 115 centimètres carrés sur de petits robots subaquatiques et les ont immergés près de l’île Weizhou, dans la mer de Chine méridionale. En deux heures d’exposition au Soleil, ils ont récolté 1 416 milliwattheures d’énergie à 2 mètres de profondeur, 752 à 6 mètres et encore 324 à 10 mètres: des quantités modestes par rapport à ce qu’exigerait un appareil electrodomestique, mais suffisantes pour recharger de petites batteries lithium-ion ou pour allumer des LED.
Également, la durée semble prometteuse, du moins sur le papier. Après 1 160 heures de fonctionnement continu sous un éclairage artificiel équivalent à celui présent à 10 mètres, les cellules n’ont pas montré de dégradation significative et, d’après des tests d’usure accélérée, les auteurs estiment une durée utile d’environ 5,5 ans.
Il s’agit toutefois d’une prévision obtenue en laboratoire, et non de la démonstration qu’un panneau laissé réellement cinq ans en mer conserverait les mêmes performances.
Énergie locale
C’est précisément ici que cette technologie pourrait devenir intéressante. Un capteur mesurant la température et la salinité, une caméra observant un élevage piscicole ou une station de surveillance acoustique peuvent consommer peu d’énergie mais devoir fonctionner pendant des mois ou des années, souvent dans des lieux difficiles d’accès. Produire de l’électricité directement sur place permettrait de recharger continuellement leurs batteries, réduisant les interventions nécessaires pour les remplacer ou les câblages coûteux qui les relient à la surface.
Reste toutefois de nombreux problèmes à résoudre: il faudra déterminer jusqu’à quelle profondeur le système pourrait fonctionner, garantir que l’encapsulation empêche l’eau salée d’atteindre les matériaux délicats et évaluer l’effet du biofouling, c’est-à-dire l’accumulation d’algues et d’autres micro-organismes marins sur les surfaces, qui pourrait progressivement obstruer la lumière. Mais le principe a été démontré: au moins dans les premiers mètres de profondeur des océans, les dispositifs du futur pourraient exploiter directement sous l’eau la lumière du Soleil nécessaire pour les alimenter.
