En juillet, pour le troisième mois consécutif, L’énergie solaire photovoltaïque est en tête du mix de production en Espagne avec 24 % du totalla plus grande part de son histoire, selon les données de Red Eléctrica Española. Les estimations continuent d’augmenter, une voie vers la décarbonation à laquelle contribuent les avancées technologiques, comme l’ingénieux système de panneaux pour générer jusqu’à 80 % d’énergie en plus tout au long de l’année.
La clé, selon de nombreux chercheurs, réside dans l’obtention d’une plus grande efficacité lorsqu’il y a moins ou pas de lumière directe. C’est une amélioration essentielle aussi bien dans des pays comme le nôtre, qui bénéficient de nombreuses heures d’ensoleillement par an, mais surtout dans ceux où les journées ensoleillées sont beaucoup plus rares. Pour cette raison, une équipe d’ingénieurs de la Tufts School of Engineering propose un nouveau type d’assiettes inspiré de la morphologie d’une orchidée (Macodes petola joyau) capable de prospérer dans des conditions de faible luminosité.
Dans un article publié dans la revue Advanced Optical MaterialsGiulia Guidetti et Fiorenzo Omenetto détaillent la composition des feuilles de ce type d’orchidée originaire des pays tropicaux d’Asie. Leurs cellules sont en forme de dôme, ce qui leur permet capte plus de trois fois plus de lumière que les plantes normales et le « partager » avec les cellules voisines, formant une sorte de réseau optique.
L’orchidée Mecodes petola dont sont inspirés ces nouveaux panneaux solaires Wikimedia Commons Omicrono
Les chercheurs ont réussi à reproduire des modèles cellulaires avec un biomatériau à base de protéine de soiequi pourrait constituer la base de panneaux photovoltaïques qui « iraient au-delà des cellules solaires flexibles qui existent aujourd’hui », explique Omenetto, directeur de Silklab chez Tufts, en un communiqué de presse.
Cette avancée pourrait représenter une révolution dans le secteur photovoltaïque, puisque l’une de ses principales faiblesses est son intermittence, causée par la nécessité d’une lumière directe et constante sur les panneaux. En fait, après cette découverte, les chercheurs examinent d’autres plantes de la famille des orchidées joyaux, pour réaliser des répliques de la structure de leurs feuilles et trouver des moyens de capter la lumière encore plus efficacement.
Plantes répliquantes
Tout a commencé pendant la pandémie, lorsque Giulia Guidetti a acheté des dizaines de plantes d’intérieur pour étudier leurs propriétés et leurs différences dans la réalisation du processus de photosynthèse. Son principal intérêt était étudiez ceux avec des feuilles brillantes d’aspect métalliquepour découvrir les raisons de cette apparence particulière.
« Je les ai passées au microscope et j’ai vu que la surface de leurs feuilles n’était pas plate, comme les feuilles normales, et qu’elles présentaient un micro-motif », explique Guidetti. « Tout cela était le résultat de la curiosité. » Il a ainsi pu observer comment certaines orchidées-bijoux avaient une forme conique pour améliorer la conversion de la lumière en énergie. Parmi eux, il a vérifié comment le joyau de Macodes petola et ses cellules en forme de dôme étaient capable de maximiser la capture de la lumière et comment ils la partageaient avec les cellules les plus proches.
Les chercheurs ont comparé la morphologie de différents types de plantes Tufts University Omicrono
Ces propriétés sont dues aux besoins spécifiques de la plante pour survivre et prospérer dans des conditions de faible luminosité, sous la canopée des arbres et du feuillage de la jungle. « Nous pensons que la lumière vient du haut et, au lieu de se concentrer sur l’intérieur de la feuille, là où se trouvent les chloroplastes, la présence des dômes permet à la lumière d’être distribuée sur toute la surface de la feuille, permettant ainsi au non- les cellules éclairées effectuent directement la photosynthèse, ce qui se traduit par efficacité de photoconversion plus élevée« , affirme Guidetti.
Après avoir étudié en détail les différents types de cellules superficielles et la manière dont elles étaient connectées les unes aux autres, l’équipe a tenté de reproduire leur structure. Pour ce faire, ils ont utilisé comme moule une fine couche d’un polymère de silicium : appliquée à la surface des feuilles, ils ont obtenu une réplique négative. Une fois obtenus, ils ont eu recours à un mélange de protéines de soie transparent (produit par les vers à soie et traité dans une solution aqueuse) pour créer une copie exacte au niveau microscopique des motifs cellulaires.
Le circuit lumineux
Cet exemplaire a pu « reproduire fidèlement » à la fois la forme ronde des cellules des feuilles de l’orchidée et leur disposition hexagonale. Ils ont ainsi réussi à reproduire « le communication croisée qui est observée entre les cellules voisines lorsqu’elles sont éclairées par la lumière visible, similaire à celle observée dans les feuilles des plantes », selon les chercheurs.
Afin de « suivre » le circuit de la lumière qui se déplaçait entre les cellules, Guidetti et Omenetto Ils ont ajouté une teinture à la soie transparente. Ceci, associé à l’imitation parfaite des courbes et de la flexibilité des feuilles, nous a permis de constater une amélioration considérable de l’accès à la lumière et de sa capacité à la répartir sur toute la surface.
La forme du dôme des cellules d’orchidées bijoux et sa réplique Tufts University Omicrono
« Ces réseaux optiques vivants à base de plantes pourraient servir de source d’inspiration pour le conception de matériaux fonctionnels qui récoltent, manipulent et traitent efficacement la lumière avec des formats de matériaux doux, robustes et durables, comme cela a été démontré au préalable en reproduisant la structure vivante de la feuille », écrivent Guidetti et Omenetto dans l’article.
Ainsi, cette découverte est considérée comme « là première démonstration de réseaux optiques dans un système vivant », une première étape possible vers le développement de panneaux solaires plus fins, plus flexibles et plus efficaces. Cela nécessite des années de recherche et de nouveaux tests, y compris la vérification de la manière dont cela affecte le fonctionnement du réseau de distribution de lumière. le changement des conditions d’éclairage chez les orchidées bijoux.