Le CO₂, une source d’énergie pour demain ?

Partie 1. Imiter la nature

La nature sait très bien comment utiliser le CO2 pour produire de la biomasse par photosynthèse. De nombreux travaux de recherche cherchent à reproduire ce système artificiellement.

Nous allons vérifier sur un exemple que cette biomasse est une réserve d’énergie chimique. Où est stockée l’énergie des molécules ?

a) En prenant l’exemple du méthanol qui est l’une des molécules qui peut être obtenue par photosynthèse artificielle, écrire l’équation bilan de la photosynthèse et calculer l’énergie chimique qui a été stockée par mole de méthanol produit.
Liaison Énergie de liaison
(* moyenne)
C-H* 412
C-C* 348
C-O* 360
O=O 496
O-H* 463
C=O* 743

Source : Loretta Jones, Peter Atkins, Molecules, Matter and Change, 4th edition, 1989,  Table 9.2 et 9.3

b) Compléter le schéma de principe ci-dessous à l’aide de l’extrait d’article scientifique suivant :
« Nature’s photosynthesis uses the Sun’s energy with chlorophyll in plants as a catalyst to recycle carbon dioxide (CO2) and water into new plant life. Mimicking Nature by capturing and recycling CO2 to methanol, dimethyl ether and derived products using any alternative energy source will provide us with a sustainable carbon source for fuels and materials well beyond the fleeting fossil fuel era. »

Source : Alain Goeppert, G.K. Surya Prakash and George A. Olah, Carbon dioxide recycling to methanol, dimethyl ether and derived products for a sustainable future, Actualité chimique, 2013, 371-372 p.80
  • Placer les niveaux relatifs d’énergie de CO2 + H2O et de la matière organique créée
  • Placer les processus de transformation d’énergie : stockage de l’énergie solaire et utilisation de l’énergie stockée
  • Placer les échanges d’énergie : énergie solaire, production de chaleur (combustion), production d’électricité, synthèse de molécules organiques et polymères d’intérêt industriel


Le principe d’une cellule photoélectrochimique est indiqué ci-dessous. La lumière absorbée par le matériau semi-conducteur de l’anode (à gauche) crée des paires électrons-trou dans celui-ci. Les électrons sont amenés à la cathode (à droite) par le circuit électrique.


Photosynthèse artificielle : transformation du dioxyde de carbone en carburants, Projet Collège de France, Marc Fontecave, Caroline Mellot-Draznieks 
[Utilisé avec l'autorisation de Caroline Mellot-Draznieks, Collège de France]

c) Sachant que le bilan de la réaction est « hν+ H2O + CO2 à O2 + CxHyOz », déterminer la nature des molécules a, b, c et d.

La teneur de CO2 dans l’air est de l’ordre de 400 ppm. Ce n’est pas une teneur suffisante.

d) Proposer une source de CO2 exploitable.

Dans la nature, la photosynthèse est un processus complexe qui serait infiniment lent sans la présence de nombreux catalyseurs enzymatiques. Des catalyseurs sont aussi nécessaires pour reproduire artificiellement la photosynthèse.

e) Pourquoi l’utilisation de métaux précieux comme catalyseur n’est pas une solution satisfaisante ?