L’électrolyse, qui consiste à séparer l’eau en hydrogène et en oxygène à l’aide d’un courant électrique, est un procédé qui a fait ses preuves, mais qui n’est pas encore épuisé en termes d’énergie. Bien que la tension théorique requise soit de 1,23 volt, dans la pratique, il faut souvent 1,5 à 1,6 volt. Cet écart est coûteux et freine l’exploitation économique.
Une équipe de recherche dirigée par Franz Geiger a maintenant identifié une cause centrale. Avant la libération d’oxygène, les molécules d’eau doivent tourner sur leur axe pour aligner leurs atomes d’oxygène avec l’électrode. Ce n’est qu’alors que la réaction de dégagement d’oxygène peut avoir lieu. Cette rotation nécessite une quantité d’énergie considérable, comparable à celle qui maintient les molécules d’eau à l’état liquide.
Visualisation par la technologie laser
Cette vision a été rendue possible par une nouvelle méthode d’analyse, la deuxième génération harmonique résolue en phase. Grâce à cette technologie laser, les chercheurs ont pu observer en temps réel quand et combien de molécules changent d’orientation. Ces données fournissent pour la première fois une quantification énergétique précise de la rotation. Une étape importante pour le développement de procédés d’électrolyse plus efficaces.
Une attention particulière a été accordée à l’électrode d’hématite, un oxyde de fer peu coûteux qui, malgré des propriétés prometteuses, souffrait jusqu’à présent d’une faible efficacité. La nouvelle analyse révèle désormais les possibilités d’optimisation.
Le pH basique, un levier pour améliorer l’efficacité
Autre facteur clé, le pH de la solution. L’étude montre qu’un milieu basique, c’est-à-dire un pH supérieur à 9, réduit considérablement l’énergie nécessaire à la rotation des molécules. L’efficacité de la réaction de dégagement d’oxygène augmente ainsi considérablement. En dessous de ce seuil, l’électrolyse ne se déroule pratiquement plus.
Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour la production industrielle d’hydrogène. En combinaison avec des catalyseurs ciblés et des matériaux de cellules avancés, les installations d’électrolyse pourront à l’avenir fonctionner de manière plus économique et plus respectueuse des ressources.
