Les bénitiers géants pourraient détenir les réponses pour rendre l’énergie solaire plus efficace

Les concepteurs de panneaux solaires et de bioraffineries pourraient apprendre une chose ou deux des palourdes géantes irisées vivant près des récifs coralliens tropicaux, selon une nouvelle étude menée par Yale.

En effet, les bénitiers géants ont des géométries précises – des colonnes dynamiques et verticales de récepteurs photosynthétiques recouvertes d’une fine couche diffusant la lumière – qui pourraient bien en faire les systèmes d’énergie solaire les plus efficaces sur Terre.

« C’est contre-intuitif pour beaucoup de gens, car les palourdes vivent sous une lumière solaire intense, mais en réalité, elles sont très sombres à l’intérieur », a déclaré Alison Sweeney, professeure agrégée de physique et d’écologie et de biologie évolutive à la Faculté des arts et des sciences de Yale. « La vérité est que les palourdes sont plus efficaces pour convertir l’énergie solaire que n’importe quelle technologie de panneau solaire existante. »

Dans la nouvelle étude, publiée dans la revue PRX Énergieune équipe de recherche dirigée par Sweeney présente un modèle analytique permettant de déterminer l’efficacité maximale des systèmes photosynthétiques basé sur la géométrie, le mouvement et les caractéristiques de diffusion de la lumière des bénitiers géants.

Il s’agit de la dernière d’une série d’études du laboratoire de Sweeney qui mettent en évidence les mécanismes biologiques du monde naturel qui pourraient inspirer de nouveaux matériaux et conceptions durables.

Dans ce cas, les chercheurs ont étudié spécifiquement l’impressionnant potentiel d’énergie solaire des bénitiers géants iridescents dans les eaux peu profondes des Palaos, dans le Pacifique occidental.

Les palourdes sont photosybiotiques, avec des cylindres verticaux d’algues unicellulaires poussant à leur surface. Les algues absorbent la lumière du soleil après que la lumière a été diffusée par une couche de cellules appelées iridocytes.

La géométrie des algues et la diffusion de la lumière par les iridocytes sont toutes deux importantes, expliquent les chercheurs. La disposition des algues en colonnes verticales, qui les rendent parallèles à la lumière incidente, leur permet d’absorber la lumière solaire au taux le plus efficace. En effet, la lumière solaire a été filtrée et diffusée par la couche d’iridocytes, et la lumière s’enroule ensuite uniformément autour de chaque cylindre vertical d’algues.

En se basant sur la géométrie des bénitiers géants, Sweeney et ses collègues ont développé un modèle pour calculer l’efficacité quantique, c’est-à-dire la capacité à convertir les photons en électrons. Les chercheurs ont également pris en compte les fluctuations de la lumière du soleil, en se basant sur une journée typique sous les tropiques avec un lever de soleil, une intensité solaire à midi et un coucher de soleil. L’efficacité quantique était de 42 %.

Mais les chercheurs ont ensuite ajouté une nouvelle particularité : la façon dont les bénitiers géants s’étirent en réaction aux changements de lumière du soleil. “Les palourdes aiment bouger et groover tout au long de la journée”, a déclaré Sweeney. “Cet étirement éloigne les colonnes verticales, les rendant effectivement plus courtes et plus larges.”

Grâce à ces nouvelles informations, l’efficacité quantique du modèle Clam a bondi à 67 %. En comparaison, a déclaré Sweeney, l’efficacité quantique d’un système à feuilles vertes dans un environnement tropical n’est que d’environ 14 %.

Selon l’étude, une comparaison intéressante serait celle des forêts d’épinettes du nord. Les chercheurs ont déclaré que les forêts d’épinettes boréales, entourées de couches fluctuantes de brouillard et de nuages, partagent des géométries et des mécanismes de diffusion de la lumière similaires à ceux des palourdes géantes, mais à une échelle beaucoup plus grande. Et leur efficacité quantique est presque identique.

« L’une des leçons que nous pouvons tirer de tout cela est l’importance de prendre en compte la biodiversité dans son ensemble », a déclaré M. Sweeney. « Mes collègues et moi-même continuons à réfléchir à d’autres endroits sur Terre où ce niveau d’efficacité solaire pourrait être atteint. Il est également important de reconnaître que nous ne pouvons étudier la biodiversité que dans les endroits où elle est préservée. »

Elle a ajouté : « Nous avons une dette majeure envers les Palaosiens, qui accordent une valeur culturelle vitale à leurs palourdes et à leurs récifs et s’efforcent de les maintenir en parfaite santé. »

De tels exemples peuvent offrir une source d’inspiration et des idées pour une technologie énergétique durable plus efficace.

« On pourrait imaginer une nouvelle génération de panneaux solaires qui feraient pousser des algues, ou des panneaux solaires en plastique bon marché fabriqués à partir d’un matériau extensible », a déclaré Sweeney.