Evènement
Vendredi 16 octobre 2026 à 14h30
Amphi 1 – ENSMAC
Titre:
«Photoélectrodes à base d’arséniure de gallium pour la production d'hydrogène vert par photosynthèse artificielle»
Résumé :
La transition vers des sources d’énergie autres que les combustibles fossiles est devenue urgente, non seulement pour protéger l’environnement, mais aussi pour garantir un approvisionnement énergétique plus stable. Parmi les solutions prometteuses figure la dissociation photoélectrochimique de l’eau, qui utilise l’énergie solaire pour décomposer l’eau et produire de l’hydrogène (H₂) vert, un combustible propre pouvant être stocké et utilisé à la demande. Au cœur de ce processus se trouve le semi-conducteur, qui joue le rôle de photoabsorbeur. Parmi les matériaux semi-conducteurs, ceux de la famille III-V, tels que GaAs et InP, présentent d’excellentes propriétés optiques et électroniques. Cependant, leur coût élevé et leur instabilité en milieu aqueux limitent encore leur utilisation.
Cette thèse porte sur l’étude de photoélectrodes à base de GaAs pour les deux demi-réactions de la dissociation de l’eau. Pour la production d’hydrogène, des couches de GaAs élaborées par épitaxie par jets moléculaires sur silicium ont été associées à un catalyseur à base de Ni, un élément abondant sur Terre.
Pour la production d’oxygène, la corrosion des photoanodes de GaAs en milieu alcalin a été examinée. Le dépôt d’une couche de nickel, assurant à la fois la protection de l’électrode et son activité catalytique, a ensuite permis d’améliorer la stabilité du dégagement d’oxygène.
Dans leur ensemble, ces résultats permettent non seulement de mieux comprendre le comportement du GaAs dans les systèmes photoélectrochimiques en fonction de la composition de l’électrolyte, mais aussi de démontrer le potentiel des photoanodes de GaAs pour la dissociation photoélectrochimique de l’eau. Parallèlement, l’étude des photocathodes GaAs/Si apporte des précisions sur le rôle de chaque couche au sein de la photoélectrode, ouvrant ainsi des perspectives concrètes pour l’amélioration de leurs performances. Enfin, ce travail présente la première démonstration d’une photocathode III-V/Si pour la production d’hydrogène, ainsi que le fonctionnement réussi d’une photoanode à base de GaAs de type n pour la réaction de dégagement d’oxygène, sans homojonction.
Mots clés : photoélectrochimie, dihydrogène, semi-conducteurs III-V, silicium, OER, HER.
Jury :
Dr. François OZANAM, Directeur de Recherche, CNRS, Ecole Polytechnique, Rapporteur
Dr. Valérie KELLER, Directrice de Recherche, CNRS, Strasbourg, Rapporteure
Dr. Damien VOIRY, Directeur de Recherche CNRS, Montpellier, Examinateur
Pr. Christine CACHET-VIVIER, Professeure, Université Paris-Est Créteil, Examinatrice