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L’énergie solaire n’est pas uniquement transformable qu’en chaleur ou électricité. Elle peut également faire l’objet d’une conversion photo-réactive directe en milieu fluide (liquide ou gaz) pour produire des molécules d’intérêt ou bien dépolluer des effluents. Une bonne partie du spectre solaire est composé de photons ayant suffisamment d’énergie pour réaliser des réactions chimiques ou biochimiques photosensibles ou plus souvent photo-catalytiques au sein d’une phase liquide ou gazeuse.
L’axe « photo-procédés » s’intéresse ainsi aux applications photo-réactives à partir du rayonnement solaire débouchant sur la production directe de molécules d’intérêt à partir d’eau, de CO2, ou la dégradation de polluants résiduels et présentant à terme un intérêt industriel. Les longueurs d’onde d’intérêt englobent généralement l’UV et le visible (jusqu’à 1m au maximum), mais le traitement et la valorisation de la partie infrarouge du spectre solaire sont également pris en considération.
Une partie importante des applications envisagées concerne la production de carburants ou biocarburants (3G) chimiques solaires qui peuvent être considérés comme un mode de stockage physico-chimique de l’énergie solaire et qui seront à terme très utiles dans le mix énergétique, notamment pour la mobilité.
Les applications solaires photo-réactives sont aujourd’hui très variées : elles concernent la production de vecteurs énergétiques renouvelables à partir d’eau et de CO2 (biomasse et biocarburants pour la photosynthèse naturelle ; hydrogène, syngas, méthane et alcools pour la photosynthèse artificielle), la dépollution et la désinfection de l’eau et des gaz, la production de molécules organiques (synthèse photo-organique, molécules plate-forme pour la chimie verte ou molécules à valeur ajoutée issues de la biomasse,…) et de façon générale, la photo-réduction du CO2.
L’étude de ces procédés est par nature très interdisciplinaire et si l’axe « photo-procédés » regroupe aujourd’hui des laboratoires relevant majoritairement des SPI et de la physique, il est en lien direct (via des GdR, des LabEx, des Start-up,…)* avec les problématiques de science fondamentale en chimie, biologie et informatique relevant de son périmètre.
Des gains de performance très importants sont attendus dans les 10-30 ans à venir de façon à compléter à terme l’offre de procédés solaires permettant notamment de produire des vecteurs chimiques faciles à stocker et à distribuer, avec des applications directes au chauffage de l’habitat et à la mobilité, mais permettant également de dépolluer les effluents liquides et gazeux ou de synthétiser des molécules plateforme pour la chimie de demain…
Les thématiques abordées dans l’axe sont propices aux échanges scientifiques croisés dans le périmètre de la fédération, notamment au sein de l’axe transversal « Optimisation de la collecte » où les problématiques prédiction de la ressource, matériaux à propriétés optiques contrôlées sous concentration et hybridation sont des questions clé pour les gains d’efficacité des photo-procédés du futur. Au-delà, des échanges inter-axes concernant l’usage de la ressource esquissés ci-après peuvent s’avérer d’une grande fertilité :
Enfin, cette communauté scientifique peut aujourd’hui s’appuyer sur 3 plateformes régionales ou nationales d’expérimentation solaire à l’échelle pilote qui permettent de faire progresser les applications progressivement vers l’échelle industrielle :