Verrous de l’ingénierie vers la conception de procédés industriels performants
Production d’hydrogène solaire par photosynthèse artificielle

Cette partie aborde la conception de procédés photoréactifs performants pour la production solaire d’hydrogène, donc le verrou de l’ingénierie. Il s’agit ici de proposer des outils théoriques et génériques (à toute technologie) permettant de comprendre et d’analyser les comportements observés expérimentalement aussi bien que, à terme, de concevoir et d’optimiser des technologies extrapolables et à haute efficacité cinétique et énergétique, compatibles avec l’industrialisation. Comme tous les procédés photoréactifs, ces technologies sont limitées et contrôlées par le transfert de rayonnement, ce qui rend leurs performances extrêmement dépendantes de la géométrie et des conditions aux limites comme la densité de flux de photons incidente. Leur conception, leur extrapolation et leur optimisation nécessitent donc d’investir dans des modèles de connaissance multi-échelles (celles où le transfert de rayonnement contrôle les performances finales, y compris les petites échelles de la nano-structuration des matériaux photocatalytiques), couplant la vitesse d’absorption du rayonnement avec la vitesse de production d’H₂ via des lois thermocinétiques.

Ces modèles sont trop complexes pour être abordés ici en détail ; après avoir présenté clairement comment accéder au champ de rayonnement en volume, on se contentera d’en présenter l’architecture et de lister les principaux corpus théoriques nécessaires à la formulation des couplages. Ces aspects sont néanmoins d’une importance capitale afin de prendre un nécessaire recul dans la compréhension profonde de ces procédés photoréactifs, de même que pour comprendre la suite de l’article présentant des relations générales utilisables pour analyser le fonctionnement et l’optimisation des technologies concernées, voire d’en calculer les performances théoriques maximales. Sur la base d’autres procédés contrôlés par le transfert de rayonnement aux développements technologiques plus avancés (photobioréacteurs par exemple ...