Soutenance de thèse de Léa Chocron

Titre

Nouvelles molécules photochromes pour le stockage de l'énergie solaire et sa libération à la demande.

 

Résumé

Dans le cadre de la transition énergétique, l’exploitation de l’énergie solaire représente une voie prometteuse. Toutefois, en raison de son caractère intermittent, le développement de solutions de stockage efficaces s’avère indispensable pour en faire une alternative crédible aux sources d’énergie traditionnelles. Dans ce contexte, les systèmes dits MOST (Molecular Solar Thermal), utilisent des molécules photoisomérisables réversibles, dites photochromes, pour le stockage sous forme chimique de l’énergie solaire et sa libération à la demande sous forme de chaleur. Dans ce travail de thèse, nous explorons des molécules photochromes de la famille des diarylethenes (DAE) sensibles à l’acide dans le cadre d’applications MOST. En particulier, nous montrons que ces molécules sont capables de se convertir sous irradiation lumineuse en un isomère de plus haute énergie capable de stocker cette énergie sur de longues périodes ; l’ajout d’acide joue le rôle de déclencheur chimique du retour à la forme initiale (dit retour thermique) et donc de libération de l’énergie stockée. Huit molécules présentant ces caractéristiques ont été étudiées par spectroscopie pour quantifier leurs capacité d’absorption mais également les cinétiques des divers processus ; leurs capacités de stockage d’énergie ont également été évaluées par micro-calorimétrie différentielle et calculs de chimie quantique, révélant une capacité de stockage de l’ordre de 100 kJ/mol. Par ailleurs, nous avons montré que de faibles quantités d’acide sont suffisantes pour déclencher efficacement le retour thermique des molécules et un modèle cinétique a permis de rationaliser ces observations expérimentales. Deux molécules ont alors été étudiées dans un dispositif à fluide circulant, présentant un réacteur de charge sous irradiation et un réacteur d’activation contenant un lit fixe d’acide pour déclencher le retour thermique. Enfin, une molécule DAE a été mélangée avec une molécule photoacide à la fois pour faciliter l’absorption de lumière visible et pour contrôler le retour thermique par ajout d’acide dans le milieu in situ, par irradiation lumineuse. Ainsi, toutes ces études placent les molécules DAE comme des candidates très prometteuses pour les applications MOST et en particulier de par l’utilisation de l’acide comme déclencheur chimique de la libération d’énergie.

Direction de thèse

• Directeur : Dr Rémi Métivier, Directeur de Recherche, PPSM, CNRS, ENS Paris-Saclay
• Co-directeur : Pr Kietaro Nakatani, Professeur des Universités, PPSM, ENS Paris-Saclay

Composition du jury

• Denis Frath, Chargé de recherche, Laboratoire de Chimie de l'ENS de Lyon, Ecole Normale Supérieure de Lyon, Rapporteur

• Kasper Moth-Poulsen, Professor, Polytechnic University of Barcelona, Rapporteur

• Damien Baigl, Professeur des universités, Pasteur, ENS Université PSL, Examinateur

• Lou Barreau, Maîtresse de conférences, ISMO, Université Paris-Saclay, Examinatrice

• Karine Loubière, Directrice de recherche, Laboratoire de Génie Chimique, INP Toulouse, Examinatrice

• Christophe Coudret, Directeur de recherche, Laboratoire Softmat , Université Toulouse, Examinateur

• Pei Yu, Chargé de recherche, ICMMO, Université Paris-Saclay, Invité