Thèse soutenue le 13 décembre 2021 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - préparée dans le cadre d’une cotutelle entre l’UGA et l’Université des sciences et des technologies de HanoïSpécialité : Chimie inorganique et bio inorganique

Résumé :
En parallèle de la production d’électricité renouvelable, la production de carburants solaires, éventuellement combinée à leur conversion ultérieure via des piles à combustible, est une solution durable et respectueuse de l'environnement à la fois pour répondre à la demande énergétique mondiale toujours croissante et éviter les dommages causés à la biosphère par l'utilisation de combustibles fossiles. De nombreux efforts ont été accomplis pour améliorer les composants individuels et matériaux capable d’effectuer les réactions conduisant à la production de tels carburants solaires. Cependant, l’objectif de ce champ de recherche reste la fabrication de dispositifs et prototypes opérationnels. Grâce à la collaboration entre deux laboratoires en France et au Vietnam, nous avons construit avec succès deux types de générateurs autonomes de carburants solaires. Le premier dispositif monolithique est un photo-électrolyseur intégré selon une configuration de feuille artificielle telle que popularisée par Dr Nocera (Harward Univ) capable de produire de l'hydrogène par décomposition solaire directe de l'eau. La feuille renferme des catalyseurs bimétalliques d’anode et de cathode différents mais déposés en une seule étape grâce à la mise au point d’une solution de dépôt unique sur une cellule solaire commerciale à triple jonction en silicium. Le deuxième dispositif est une cellule photo-électrochimique tandem hybride qui renferme une photocathode à colorant et une photoanode à base de vanadate de bismuth qui, combinées, produisent sous irradiation du gaz de synthèse sans autre biais externe. L'étude des performances des dispositifs a été réalisée via leur instrumentation utilisant plusieurs potentiostats couplés à la chromatographie en phase gazeuse. Il a été montré la feuille artificielle atteint des performances comparables à d’autres dispositif similaires décrit par Dr Nocera mais plus compliqués à fabriquer. Cependant, la dégradation du composant photovoltaïque au contact de l'électrolyte est un gros problème et une protection appropriée sera nécessaire pour augmenter la stabilité globale du dispositif. Pour la cellule photo-électrochimique tandem, la photocathode limite actuellement les performances du dispositif en raison de la désorption du colorant de l'électrode. Néanmoins, la fabrication des dispositifs opérationnels et la mise au point d'une configuration expérimentale pour mesurer leurs paramètres de fonctionnement est une étape importante en vue d’améliorations futures de tels prototypes.

Jury :
Président : M. Hoang Luc Huy
Rapporteure : Mme Christel Laberty-Robert
Rapporteur : M. Bruno Jousselme
Examinatrice : Mme Catherine Amines
Examinatrice : Mme Fanny Alloin
Examinatrice : Mme Thu Vu Thi
Directeurs de thèse : M. Phong Dinh Tran et M. Vincent Artero

Mots clés :
Électrolyse de l'eau, Hydrogène, Catalyseurs, Feuille artificielle

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