Professeure Grace Han

Une densité énergétique supérieure au lithium-ion

Le défi majeur de l’énergie solaire réside dans son intermittence : une fois le soleil couché, la production s’arrête. Pour pallier ce manque, une équipe dirigée par la professeure Grace Han a développé une substance qui, une fois exposée à la lumière, se comporte comme un ressort comprimé. Selon les détails publiés par National Geographic, ce nouveau matériau atteint une densité énergétique de 1,6 MJ/kg. Ce chiffre n’est pas négligeable. À titre de comparaison, une batterie lithium-ion conventionnelle ne peut emmagasiner qu’environ 0,9 MJ/kg. Le nouveau système de l’Université de Californie à Santa Barbara (UC Santa Barbara) offre donc une capacité de stockage environ 80 % supérieure par kilogramme de matière, tout en s’affranchissant des besoins en câblage électrique lourd ou en infrastructures de réseau complexes. L’efficacité de ce dispositif a été démontrée lors d’expériences en laboratoire où la chaleur libérée par la réaction moléculaire a suffi à porter de l’eau à ébullition, sans aucune source de chaleur externe.

L’inspiration biologique de la pyrimidone

La conception de cette molécule, nommée pyrimidone, ne repose pas sur une logique purement synthétique, mais sur une observation de la nature. Les scientifiques se sont inspirés de l’architecture des bases de l’ADN et de leurs réactions photochimiques. Dans l’ADN naturel, l’exposition aux rayons UV provoque souvent des dommages ; ici, l’équipe a détourné ce mécanisme de commutation pour créer une molécule synthétique capable de verrouiller l’énergie. Pour affiner la structure et comprendre la stabilité de l’état de haute énergie, les chercheurs ont collaboré avec des chimistes de l’UCLA, comme l’indique Hrot24. L’objectif était de créer la molécule la plus compacte possible en éliminant tout élément superflu afin de maximiser la densité énergétique. L’analogie des lunettes photochromiques a également servi de guide conceptuel pour ce passage d’un état à un autre.

« Imaginez des lunettes photochromiques. À l’intérieur, elles sont transparentes. Vous sortez au soleil et elles s’assombrissent automatiquement. Vous rentrez et elles redeviennent claires », explique Han Nguyen, doctorante au sein du groupe Han et auteure principale de l’étude. « C’est précisément ce type de changement réversible que nous voulons utiliser pour le stockage de l’énergie. Au lieu de changer de couleur, nous capturons l’énergie, nous la libérons en cas de besoin et nous réutilisons le matériau de manière répétée. »

Han Nguyen, via National Geographic

Un cycle de quatre étapes pour capturer le soleil

Le fonctionnement de cette technologie, désignée sous l’acronyme MOST (Molecular Solar Thermal storage), repose sur un cycle chimique rigoureux qui permet une réutilisation infinie du matériau.

• Chargement : La molécule absorbe le rayonnement solaire et bascule vers un état hautement énergétique, une structure “tendue”.
• Stockage : Dans cet état, la molécule peut conserver l’énergie pendant des mois, voire des années, sans perte significative.
• Décharge : Un stimulus externe, tel qu’une légère augmentation de la température ou l’ajout d’un catalyseur, déclenche le retour à l’état initial.
• Régénération : La molécule retrouve sa forme d’origine, prête pour un nouveau cycle de chargement.

Contrairement aux batteries classiques qui perdent leur charge par auto-décharge ou dégradation chimique, le système MOST maintient l’énergie “verrouillée” dans les liaisons chimiques de la molécule. La libération de la chaleur n’est pas spontanée ; elle ne survient que sur commande.

Résoudre le décalage saisonnier entre production et consommation

L’un des enjeux les plus critiques de la transition énergétique est le décalage entre l’été, où l’offre solaire est abondante, et l’hiver, où la demande de chauffage culmine. Les solutions actuelles, comme les réservoirs thermiques ou les batteries massives, souffrent de pertes de chaleur importantes au fil du temps. Le système MOST propose une alternative prometteuse grâce à sa stabilité chimique. Comme le souligne Tiscali, cette technologie permettrait de “remplir une bouteille” avec le soleil de l’été pour n’en ouvrir le contenu qu’au cœur de l’hiver. La mise en œuvre pratique pourrait prendre la forme d’un liquide soluble dans l’eau. Ce fluide pourrait être pompé via des collecteurs solaires installés sur les toits pour être “chargé” durant la journée, puis redistribué pour le chauffage domestique une fois la nuit tombée ou lors des périodes de froid intense. Bien que les tests actuels soient de nature expérimentale, les perspectives de déploiement à grande échelle dépendront de la capacité à industrialiser la production de ces molécules et à optimiser leur intégration dans les systèmes de chauffage existants. La professeure Grace Han, qui a reçu le Moore Inventor Fellowship en 2025 pour soutenir ces recherches, continue de travailler sur la viabilité de ces “batteries solaires rechargeables”.