Des photons de haute énergie permettent la conversion des gaz à effet de serre en produits chimiques à haute valeur ajoutée, sans catalyseur nécessaire.
Effet énergétique des photons UV, visibles et infrarouges sur la conversion du CH4, et CO2 par photons de haute énergie. Crédit : Nature Photonics (2025). DOI : 10.1038/s41566-025-01800-3
Des scientifiques ont trouvé un moyen de transformer le dioxyde de carbone et le méthane, les deux gaz à effet de serre les plus notoires, en produits chimiques utiles sans catalyseurs coûteux, en utilisant uniquement la lumière.
Une équipe de chercheurs chinois a découvert que des photons de haute énergie d’une longueur d’onde de 185 nm, générés par une source de lumière ultraviolette spécialisée de 28 W, pouvaient rompre directement les liaisons chimiques fortes du méthane et du dioxyde de carbone. Cela leur a permis de transformer ces gaz en composés chimiques tels que le gaz à l’eau (CO/H₂ ) et l’éthane (C₂H₆ ) dans des conditions ambiantes et même dans des conditions anoxiques similaires à celles de l’espace.
Les résultats ont été publiés dans Nature Photonics .
Impacts climatiques et nécessité de solutions
Le dioxyde de carbone et le méthane sont responsables à eux deux de près de 84 % de l’augmentation actuelle des températures mondiales, ce qui en fait les deux principaux facteurs du changement climatique. Outre son impact sur le réchauffement climatique, le dioxyde de carbone est la principale cause de l’acidification des océans, un processus qui modifie progressivement leur composition chimique et menace les écosystèmes marins à l’échelle mondiale.
Pour contrer ces menaces croissantes, les scientifiques travaillent sur des solutions qui vont au-delà de la simple réduction des émissions à la source. Ils cherchent des moyens de capter les gaz déjà présents dans l’atmosphère et de les transformer en produits valorisables, dans le but de construire une économie circulaire où les déchets deviennent une ressource.
Diagramme d’énergie libre de Gibbs de la voie réactionnelle de conversion du CH₄ et du CO₂ avec H₂O . Crédit : Nature Photonics (2025). DOI : 10.1038/s41566-025-01800-3
Cependant, la conversion du dioxyde de carbone et du méthane en d’autres molécules est difficile en raison de leur nature chimiquement inerte. Les liaisons C–H fortes du méthane et la liaison C=O stable du dioxyde de carbone les rendent chimiquement inertes, ce qui nécessite des étapes supplémentaires pour effectuer toute transformation chimique.
Les méthodes conventionnelles font souvent appel à des catalyseurs métalliques coûteux et nécessitent des conditions extrêmes, avec des températures supérieures à 700 °C et des pressions élevées, pour surmonter ces obstacles, ce qui rend le procédé à la fois énergivore et coûteux.
Comment fonctionne le processus photochimique
Les chercheurs de cette étude ont découvert qu’une longueur d’onde très spécifique de lumière pouvait fournir l’énergie exacte nécessaire pour rompre les liaisons moléculaires.
Ils ont commencé par construire une chambre de réacteur en quartz remplie d’un mélange de dioxyde de carbone et de méthane purs à 99,9 %. La chambre a ensuite été éclairée par différents types de lumière sous basse pression et à une température contrôlée de 25 °C. Des photons de haute énergie, à une longueur d’onde précise de 185 nm, provenant d’une source de lumière ultraviolette de 28 W, associés à une source de lumière d’amplification entre 200 et 1 100 nm, ont permis d’activer les molécules de gaz récalcitrantes et d’amorcer le processus de conversion.
L’analyse des gaz a révélé que les réactions photochimiques produisaient du monoxyde de carbone, de l’hydrogène et de l’éthane, avec des taux de production respectifs de 3,1 mmol m⁻³ h⁻¹ , 1,93 mmol m⁻³ h⁻¹ et 2,53 mmol m⁻³ h⁻¹ . Plusieurs essais ont montré que l’ajout d’eau au mélange réactionnel et l’élimination de l’oxygène atmosphérique amélioraient les rendements. En simulant les conditions spatiales par un flux d’argon dans la chambre de réaction, les chercheurs ont obtenu un taux de conversion total des gaz de 1,51 % en 24 heures.
Les chercheurs reconnaissent que le rendement est faible à ce stade, mais ils estiment que ces résultats démontrent une nouvelle approche puissante pour transformer deux gaz à effet de serre en produits de valeur en utilisant uniquement la lumière et les conditions ambiantes, sans catalyseurs ni besoins énergétiques extrêmes.
https://phys.org/news/2025-12-high-energy-photons-conversion-greenhouse.html