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Les chercheurs de l’université de Linköping, en Suède, ont mis au point une molécule qui absorbe l’énergie de la lumière du soleil et la stocke dans des liaisons chimiques. Une utilisation potentielle à long terme de cette molécule est de capturer efficacement l’énergie solaire et de la stocker pour une consommation ultérieure.

Un « photocommutateur moléculaire »

La Terre reçoit du soleil beaucoup plus d’énergie que ce que nous, les humains, pouvons utiliser. Cette énergie est absorbée par les installations solaires, mais l’un des défis de l’énergie solaire est de la stocker efficacement, de sorte que l’énergie soit disponible lorsque le soleil ne brille pas. Cela a conduit les scientifiques de l’université de Linköping à étudier la possibilité de capturer et de stocker l’énergie solaire dans une nouvelle molécule.
« Notre molécule peut prendre deux formes différentes : une forme parentale qui peut absorber l’énergie de la lumière du soleil, et une forme alternative dans laquelle la structure de la forme parentale a été modifiée et est devenue beaucoup plus riche en énergie, tout en restant stable. Cela permet de stocker efficacement l’énergie de la lumière du soleil dans cette molécule », explique Bo Durbeej, professeur de physique informatique au département de physique, de chimie et de biologie de l’université de Linköping, et responsable de cette étude.
Cette molécule appartient à un groupe connu sous le nom de « photocommutateurs moléculaires ». Ceux-ci sont toujours disponibles sous deux formes différentes, les isomères, qui diffèrent dans leurs structures chimiques. Ces deux formes ont des propriétés différentes, et dans le cas de la molécule développée par les chercheurs de LiU, cette différence se situe au niveau du contenu énergétique.

Modifier les propriétés de cette molécule

Les structures chimiques de tous les « photocommutateurs » sont influencées par l’énergie de la lumière. Cela signifie que la structure, et donc les propriétés, d’un photocommutateur peuvent être modifiées en l’éclairant. Un domaine d’application possible de ces molécules est l’électronique moléculaire, dans laquelle les deux formes de cette molécule ont des conductivités électriques différentes. Un autre domaine est la photopharmacologie, dans laquelle une forme de la molécule est pharmacologiquement active et peut se lier à une protéine cible spécifique dans le corps, tandis que l’autre forme est inactive.
Il est courant dans la recherche que les expériences soient faites en premier et que les travaux théoriques confirment ensuite les résultats expérimentaux, mais dans ce cas, la procédure a été inversée. Bo Durbeej et son groupe travaillent en chimie théorique, et effectuent des calculs et des simulations de réactions chimiques.
Cela implique des simulations informatiques avancées, qui sont réalisées sur des superordinateurs au Centre national de superinformatique, NSC, à Linköping. Ces calculs ont montré que cette molécule développée par les chercheurs allait subir la réaction chimique dont ils avaient besoin, et que celle-ci se produirait extrêmement rapidement – en moins de 200 femtosecondes. Leurs collègues du Centre de recherche pour les sciences naturelles en Hongrie ont ensuite pu construire cette molécule et réaliser des expériences qui ont confirmé la prédiction théorique.

La forme mère est extrêmement stable

Afin de stocker de grandes quantités d’énergie solaire dans une molécule, les chercheurs ont tenté de rendre la différence d’énergie entre les deux isomères aussi grande que possible. La forme mère de leur molécule est extrêmement stable, une propriété qui, en chimie organique, est désignée par le terme « aromatique ». La molécule de base est constituée de trois cycles, chacun d’entre eux étant aromatique.
Cependant, lorsqu’elle absorbe la lumière, l’aromaticité est perdue, de sorte que cette molécule devient beaucoup plus riche en énergie. Les chercheurs de LiU montrent dans leur étude que le concept de commutation entre les états aromatiques et non aromatiques d’une molécule a un potentiel important dans le domaine des photocommutateurs moléculaires.
« La plupart des réactions chimiques commencent dans un état où une molécule a une énergie élevée et passe ensuite à une molécule de faible énergie. Ici, nous faisons le contraire : une molécule qui a une faible énergie devient une molécule à haute énergie. Nous nous attendions à ce que cela soit difficile, mais nous avons montré qu’il est possible qu’une telle réaction se produise à la fois rapidement et efficacement », explique Bo Durbeej. Les chercheurs vont maintenant examiner comment l’énergie stockée peut être libérée de la forme riche en énergie de cette molécule de la meilleure façon possible.
Cette recherche a été publiée dans Journal of the American Chemical Society.
Source : Linköping University
Crédit photo : Pexels

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