Des chercheurs de Yale ont identifié les palourdes géantes, avec leurs structures photosynthétiques uniques et leurs capacités de diffusion de la lumière, comme un modèle potentiel pour améliorer l'efficacité des panneaux solaires. Ces palourdes, qui prospèrent sous la lumière intense du soleil des récifs coralliens tropicaux, ont une efficacité quantique dépassant de loin les technologies solaires actuelles. L'étude souligne l'importance de la biodiversité pour inspirer une technologie durable et suggère que les futurs panneaux solaires pourraient intégrer des mécanismes biologiques similaires. Crédit : Issues.fr.com
Une étude récente menée par Alison Sweeney, chercheuse à Yale, suggère que les palourdes géantes du Pacifique occidental pourraient constituer le système d’énergie solaire le plus efficace au monde.
Selon une nouvelle étude menée par Yale, les concepteurs de panneaux solaires et de bioraffineries pourraient tirer des enseignements précieux des palourdes géantes irisées trouvées près des récifs coralliens tropicaux.
C’est parce que les bénitiers géants ont des géométries précises – des colonnes verticales dynamiques de récepteurs photosynthétiques recouverts d’une fine couche diffusant la lumière – qui pourraient bien en faire les systèmes d’énergie solaire les plus efficaces sur Terre.
« Cela paraît contre-intuitif pour beaucoup de gens, car les palourdes vivent sous une lumière solaire intense, mais en réalité, elles sont très sombres à l’intérieur », explique Alison Sweeney, professeure agrégée de physique et d’écologie et de biologie évolutive à la Faculté des arts et des sciences de Yale. « La vérité, c’est que les palourdes sont plus efficaces pour convertir l’énergie solaire que n’importe quelle technologie de panneau solaire existante. »
Dans la nouvelle étude, publiée dans la revue PRX : Énergieune équipe de recherche dirigée par Sweeney présente un modèle analytique permettant de déterminer l'efficacité maximale des systèmes photosynthétiques en fonction de la géométrie, du mouvement et des caractéristiques de diffusion de la lumière des palourdes géantes. Il s'agit de la dernière d'une série d'études de recherche du laboratoire de Sweeney qui mettent en lumière les mécanismes biologiques du monde naturel qui pourraient inspirer de nouveaux matériaux et conceptions durables.
Potentiel solaire des bénitiers géants
Dans ce cas, les chercheurs ont étudié spécifiquement l’impressionnant potentiel d’énergie solaire des palourdes géantes irisées dans les eaux peu profondes de Palau, dans le Pacifique occidental.
Les palourdes sont des espèces photosymbiobiotiques, avec des cylindres verticaux d'algues unicellulaires poussant à leur surface. Les algues absorbent la lumière du soleil, après que celle-ci ait été diffusée par une couche de cellules appelées iridocytes.
La géométrie des algues et la diffusion de la lumière par les iridocytes sont toutes deux importantes, expliquent les chercheurs. La disposition des algues en colonnes verticales, qui les rendent parallèles à la lumière incidente, leur permet d'absorber la lumière solaire au taux le plus efficace. En effet, la lumière solaire a été filtrée et diffusée par la couche d'iridocytes, et la lumière s'enroule ensuite uniformément autour de chaque cylindre vertical d'algues.
Crédit: Université de Yale Bureau des affaires publiques et des communications de Yale
Les comportements adaptatifs améliorent l'efficacité
En se basant sur la géométrie des bénitiers géants, Sweeney et ses collègues ont développé un modèle pour calculer l'efficacité quantique, c'est-à-dire la capacité à convertir les photons en électrons. Les chercheurs ont également pris en compte les fluctuations de la lumière du soleil, en se basant sur une journée typique sous les tropiques avec un lever de soleil, une intensité solaire à midi et un coucher de soleil. L'efficacité quantique était de 42 %.
Mais les chercheurs ont ensuite ajouté un nouveau problème : la façon dont les palourdes géantes s’étirent en réaction aux changements de la lumière du soleil. « Les palourdes aiment bouger et se déplacer tout au long de la journée », explique Sweeney. « Cet étirement éloigne les colonnes verticales, ce qui les rend plus courtes et plus larges. »
Grâce à ces nouvelles informations, l'efficacité quantique du modèle de palourde a grimpé à 67 %. En comparaison, a expliqué Sweeney, l'efficacité quantique d'un système de feuille verte dans un environnement tropical n'est que d'environ 14 %.
Selon l’étude, une comparaison intéressante serait celle des forêts d’épinettes du nord. Les chercheurs ont déclaré que les forêts d’épinettes boréales, entourées de couches fluctuantes de brouillard et de nuages, partagent des géométries et des mécanismes de diffusion de la lumière similaires à ceux des palourdes géantes, mais à une échelle beaucoup plus grande. Et leur efficacité quantique est presque identique.
« L’une des leçons que nous pouvons tirer de tout cela est l’importance de prendre en compte la biodiversité dans son ensemble », a déclaré M. Sweeney. « Mes collègues et moi-même continuons de réfléchir à d’autres endroits sur Terre où ce niveau d’efficacité solaire pourrait être atteint. Il est également important de reconnaître que nous ne pouvons étudier la biodiversité que dans les endroits où elle est préservée. »
Elle a ajouté : « Nous avons une dette importante envers les Palaosiens, qui accordent une valeur culturelle vitale à leurs palourdes et à leurs récifs et travaillent à les maintenir en parfaite santé. »
De tels exemples peuvent offrir une inspiration et des perspectives pour une technologie énergétique durable plus efficace.
« On pourrait imaginer une nouvelle génération de panneaux solaires qui feraient pousser des algues, ou des panneaux solaires en plastique bon marché fabriqués à partir d’un matériau extensible », a déclaré Sweeney.
L'auteur principal de l'étude est Amanda Holt, chercheuse associée au laboratoire de Sweeney. Le coauteur de l'étude est Lincoln Rehm, un Américain d'origine palauano-américaine, ancien étudiant diplômé de l'université Drexel et chercheur au Palau International Coral Reef Center, qui travaille désormais à la National Oceanography and Atmospheric Administration.
La recherche a été financée par une bourse de la Fondation Packard et de la National Science Foundation.
