Lyon 1 : une percée majeure dans la compréhension de la production d'hydrogène vert

Des chercheurs de l'Institut Lumière Matière (iLM) de l'Université Lyon 1 Claude Bernard et du CNRS ont fait une découverte majeure dans la compréhension des processus électrochimiques, publiée dans Nature Communications. Cette avancée pourrait accélérer la production à grande échelle d'hydrogène vert.

En collaboration avec le Helmholtz-Zentrum Berlin, Arsène Chemin et ses collègues ont introduit un nouveau cadre théorique dans l'étude intitulée « The role of the Helmholtz potential on electrocatalytic activity ». Leurs travaux révèlent enfin le rôle crucial d'une barrière électrique invisible aux interfaces solide-liquide, jusqu'à présent ignorée par les modèles traditionnels.

Un problème scientifique persistent

L'hydrogène est au cœur de la transition vers la neutralité carbone : vecteur énergétique, réactif pour la chimie verte et voie de transformation du CO₂ en carburant. Cependant, sa production par électrolyse requiert des catalyseurs bien plus économiques et efficaces que ceux disponibles actuellement.

Comme l'explique Arsène Chemin : « Jusqu'à présent, nous parlions en quelque sorte deux langages différents. Les physiciens décrivent le comportement des électrons à l'intérieur du solide, tandis que les chimistes se concentrent sur les réactions moléculaires dans le liquide. Or, l'électrochimie se produit précisément là où ces deux mondes se rencontrent. »

Le potentiel de Helmholtz : un goulot d'étranglement identifié

Le modèle proposé par les chercheurs lyonnais identifie un phénomène clé : le « potentiel de Helmholtz », décrit comme une « colline électrique » à la surface agissant comme un ralentisseur pour les réactions. À l'interface, les électrons ne se transfèrent pas librement ; la redistribution des charges crée des variations du potentiel électrique à l'échelle nanométrique.

« En réalité, le potentiel électrique local semble être le facteur limitant pour la dissociation de l'eau en hydrogène sur la plupart des électrodes métalliques », précise Chemin.

Cette découverte pose les bases d'une nouvelle compréhension physique de l'électrochimie, sur laquelle laboratoires et industries pourront s'appuyer pour accélérer leurs avancées en technologies vertes. Le modèle fournit en effet un cadre unifié pour concevoir des matériaux en fonction de leur interaction avec l'environnement liquide, plutôt que de les traiter séparément, ce qui devrait clarifier des observations de longue date en électrocatalyse et améliorer les performances de production d'hydrogène.