À 10 mètres sous l’eau, ces panneaux solaires ont réussi à recharger une batterie

La lumière du soleil reste exploitable sous l’eau, même à 10 mètres de profondeur. C’est ce qu’ont montré des chercheurs de l’université du Yunnan, en Chine, associés notamment à l’EPFL de Lausanne, lors d’une expérience menée en conditions réelles en mer de Chine méridionale. Avec des cellules photovoltaïques immergées, ils ont produit assez d’électricité pour charger une batterie, qui a ensuite alimenté un panneau LED. Leurs travaux ont été publiés le 11 septembre dans la revue Joule.

Une cellule photovoltaïque adaptée aux longueurs d’onde sous-marines

Les panneaux solaires classiques sont mal adaptés à une utilisation sous-marine. Sous l’eau, le rouge et l’infrarouge sont vite absorbés, si bien que ces panneaux perdent une bonne partie de la lumière dont ils se servent sur terre. Pour tenir compte de ces conditions, les chercheurs ont développé une cellule photovoltaïque à base de pérovskite aux halogénures de plomb. Celle-ci convertit surtout la lumière bleue et verte, celle qui pénètre le plus loin dans l’eau, et son absorption est calée sur la lumière qui reste à 10 mètres de profondeur.

Les scientifiques ont également intégré à la pérovskite un polymère appelé chlorhydrate de polyhexaméthylène guanidine. Cet additif corrige des défauts du matériau et limite la migration des ions, ce qui améliore les performances de la cellule et sa stabilité dans le temps.

Calée sur la lumière bleue et verte, cette cellule n’est pas pensée pour remplacer les panneaux solaires classiques hors de l’eau. Elle pourrait plutôt servir pour des équipements sous-marins tels que des capteurs, des caméras ou encore des systèmes de communication. Elle pourrait également alimenter des stations de surveillance acoustique et des équipements de recherche océanographique. En produisant de l’électricité directement sur place, les cellules réduiraient la dépendance aux batteries et limiteraient les interventions nécessaires à leur recharge ou à leur remplacement.

Des cellules testées jusqu’à 10 mètres de profondeur

Pour tester la capacité de leur technologie, les chercheurs ont mené une expérience en mer de Chine méridionale, au large de l’île de Weizhou. Ils ont immergé des cellules solaires de 115 cm² à trois profondeurs différentes : 2, 6 et 10 mètres. Des robots télécommandés ont descendu les cellules à ces profondeurs.

Les résultats montrent que la production d’électricité diminue à mesure que la profondeur augmente. Au bout de deux heures d’immersion, les cellules avaient produit 1 416 milliwattheures (mWh) à 2 mètres, 752 mWh à 6 mètres et 324 mWh à 10 mètres. À cette dernière profondeur, l’énergie produite a suffi à charger une batterie lithium-ion pour ensuite alimenter un panneau LED.

D’autres chercheurs ont déjà conçu des cellules solaires sous-marines, mais leurs travaux se limitaient à deux mètres de profondeur ou moins, rappelle Wen-Hua Zhang, qui a dirigé l’étude à l’université du Yunnan. Il présente ces essais comme la première validation de cellules fonctionnant jusqu’à environ 10 mètres.

Ces quantités restent modestes : 324 mWh, c’est moins de 2 % de l’énergie stockée dans la batterie d’un smartphone de 5 000 mAh (environ 19 Wh). Les modules testés mesuraient 115 cm², à peu près la surface de la face avant d’un grand smartphone. Wen-Hua Zhang s’est pourtant dit surpris par la quantité d’énergie produite en seulement deux heures à 10 mètres de profondeur.

En amont de l’essai, l’équipe a mesuré en laboratoire un rendement de conversion de 34,71 % sur une cellule de 0,09 cm², sous une lumière qui simule celle reçue à 10 mètres de profondeur. Ce rendement se calcule sur la faible lumière qui atteint cette profondeur : il ne se compare donc pas à celui d’un panneau posé sur un toit. Des essais de vieillissement accéléré ont aussi été réalisés et ont permis d’estimer la durée de vie des cellules à environ cinq ans et demi.

Ces cinq ans et demi correspondent au temps au bout duquel les cellules perdent 20 % de leur rendement initial, une estimation faite à 25 °C sous un éclairage qui simule l’immersion à 10 mètres. En mer, l’essai n’a duré que deux heures par profondeur. Personne n’a encore mesuré comment les cellules tiennent sur plusieurs saisons, face à l’eau salée et aux organismes qui colonisent tout ce qui est immergé. L’équipe de Wen-Hua Zhang veut maintenant descendre plus profond pour trouver la limite de fonctionnement de ses cellules, et établir des protocoles de test standardisés pour le photovoltaïque sous-marin.