Une nouvelle molécule bio-inspirée capte l’énergie solaire et la libère sous forme de chaleur à la demande, surpassant ainsi les batteries lithium-ion. Crédit: NASA
Lorsque le soleil se couche, les panneaux solaires cessent de fonctionner. C’est là le principal obstacle des énergies renouvelables : comment conserver l’énergie solaire pour les jours difficiles – ou les nuits froides. Des chimistes de l’UC Santa Barbara ont mis au point une solution qui ne nécessite ni batteries encombrantes ni réseau électrique.
Dans un article publié dans la revue Science , la professeure agrégée Grace Han et son équipe décrivent un nouveau matériau qui capte la lumière du soleil, la stocke dans des liaisons chimiques et la restitue sous forme de chaleur à la demande. Ce matériau, une molécule organique modifiée appelée pyrimidone, représente la dernière avancée en matière de stockage d’énergie solaire thermique moléculaire (MOST : Molecular Solar Thermal).
« Le concept est réutilisable et recyclable », a déclaré Han Nguyen, doctorant au sein du groupe Han et principal auteur de l’article.
« Pensez aux lunettes de soleil photochromiques. À l’intérieur, les verres sont transparents. Dès que vous sortez au soleil, ils s’assombrissent. En rentrant, ils redeviennent transparents », a poursuivi Nguyen. « C’est ce type de changement réversible qui nous intéresse. Sauf qu’au lieu de changer de couleur, nous voulons utiliser ce principe pour stocker de l’énergie, la libérer au besoin et réutiliser le matériau indéfiniment. »
Conception bio-inspirée
Pour créer cette molécule, l’équipe s’est tournée vers une source surprenante : l’ADN. La structure de la pyrimidone est similaire à un composant de l’ADN qui, exposé aux rayons UV, peut subir des modifications structurales réversibles.
En concevant une version synthétique de cette structure, l’équipe a créé une molécule capable de stocker et de libérer de l’énergie de manière réversible. Elle a collaboré avec Ken Houk, professeur de recherche émérite à l’UCLA, afin d’utiliser la modélisation informatique pour comprendre pourquoi la molécule pouvait stocker de l’énergie et rester stable pendant des années sans la perdre.
« Nous avons privilégié une conception moléculaire légère et compacte », a déclaré Nguyen. « Pour ce projet, nous avons éliminé tout ce qui était superflu. Nous avons retiré tout ce qui était inutile afin de rendre la molécule aussi compacte que possible. »
Les recherches de Grace Han portent sur le stockage moléculaire de l’énergie solaire thermique, le recyclage optique des matériaux et les transitions de phase induites par la lumière. Son équipe associe la chimie de synthèse à la caractérisation photophysique et des matériaux afin de développer des systèmes de capture, de stockage et de libération de l’énergie photonique.
Une « batterie rechargeable » pour la chaleur
Les panneaux solaires traditionnels convertissent la lumière en électricité, tandis que la plupart des systèmes la convertissent en énergie chimique. La molécule se comporte comme un ressort mécanique : sous l’effet de la lumière solaire, elle se contracte et adopte une forme emmagasinant une énergie importante. Elle reste bloquée dans cette forme jusqu’à ce qu’un déclencheur – comme une faible quantité de chaleur ou un catalyseur – la ramène à son état initial, libérant ainsi l’énergie stockée sous forme de chaleur.
« On la décrit généralement comme une batterie solaire rechargeable », a déclaré Nguyen. « Elle stocke l’énergie solaire et peut être rechargée. »
La nouvelle molécule mise au point par l’équipe est extrêmement performante. Elle affiche une densité énergétique de plus de 1,6 mégajoule par kilogramme. C’est environ le double de la densité énergétique d’une batterie lithium-ion standard (environ 0,9 MJ/kg) et nettement supérieure à celle des générations précédentes de commutateurs optiques.
De la théorie à l’eau bouillante
La percée décisive pour l’équipe de Han a consisté à traduire la haute densité énergétique en un résultat concret. Dans cette étude, les chercheurs ont démontré que la chaleur dégagée par le matériau était suffisamment intense pour faire bouillir de l’eau, un exploit jusqu’alors difficile à réaliser dans ce domaine.
« Faire bouillir de l’eau est un processus énergivore », précise Nguyen. « Le fait de pouvoir faire bouillir de l’eau dans des conditions ambiantes est une grande réussite. »
Cette propriété ouvre la voie à des applications pratiques, allant du chauffage autonome pour le camping au chauffage de l’eau sanitaire. Ce matériau étant soluble dans l’eau, il pourrait être pompé à travers des capteurs solaires installés sur le toit pour se recharger pendant la journée et stocké dans des réservoirs afin de fournir de la chaleur la nuit.
« Avec les panneaux solaires, il faut un système de batteries supplémentaire pour stocker l’énergie », explique Benjamin Baker, doctorant au laboratoire Han et co-auteur de l’étude. « Avec le stockage moléculaire de l’énergie solaire thermique, le matériau lui-même est capable de stocker l’énergie solaire. »
https://news.ucsb.edu/2026/022384/ucsb-scientists-bottle-sun-liquid-battery
