Des piles vertes et vivantes

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juin 2011
Biofilms électroactifs sur électrodes de carbone prises au Microscope électronique à balayage (MEB), à différentes échelles.
© DR

Des chimistes rennais travaillent sur une pile à combustible qui fonctionne grâce à des bactéries.

Les transferts d’électrons n’ont pas lieu que dans les piles. Chez les êtres vivants aussi, d’où l’idée - qui date du début du 20e siècle - d’utiliser des bactéries comme catalyseurs au niveau des électrodes de la pile. Toutes les bactéries ne sont pas de bonnes candidates. Elles doivent non seulement être capables de produire des électrons, mais aussi de croître dans un environnement privé d’oxygène. « Une des plus utilisées dans les cultures pures est Geobacter sulfurreducens, explique un doctorant de Frédéric Barrière(1), au laboratoire Macse (Matière condensée et systèmes électroactifs). Pour nos expériences, nous travaillons à partir d’un mélange de bactéries provenant des eaux usées. Dans notre cas, elles s’organisent en biofilm, une sorte d’agglomérat à la surface de l’anode, la borne qui capte les électrons. »

Accrocher des bactéries

C’est là qu’intervient précisément le savoir-faire des chimistes rennais : « Nous cherchons à fixer différents composés chimiques sur la surface de l’anode qui est en carbone, précise le jeune chercheur. Puis nous évaluons si ces changements ont une influence sur les performances de la pile. » Quelques mW/cm2 seulement pour le moment dans le cas du montage du laboratoire ! Même si les modifications de surface d’électrodes permettent déjà des améliorations significatives, on est encore loin des applications. D’autres laboratoires travaillent sur des dispositifs de piles davantage optimisés en termes de design. On estime aujourd’hui qu’un ordre de grandeur en termes de puissance nous sépare encore d’une application industrielle.
 L’autre originalité de cette thèse est qu’elle s’inscrit dans le projet européen Plant Power(2), dans lequel les bactéries sont nourries non pas par du substrat ajouté au fur et à mesure de leur développement, mais directement par des plantes. Certaines, celles des marais notamment, sont en effet capables de relarguer des molécules chimiques utilisables par les bactéries. Imaginez des plants de riz, qui, tout en grandissant, permettraient la production d’électrons et donc d’énergie ! Non seulement ce système de production d’électricité ne rentre pas en compétition avec les plantes agricoles, mais en plus, il présente aussi un bilan carbone neutre. Le gaz carbonique dégagé par la réaction d’oxydation de l’anode ayant précédemment été capté par la plante.

Des rendements encore faibles

Le système a encore besoin de mûrir, car ses rendements restent faibles pour le moment : de l’ordre de 10%. Cela peut s’expliquer par différentes raisons ; des fuites d’oxygène (qui va accepter les électrons à la place de la pile), ou bien encore par la présence, dans le milieu, de bactéries méthanogènes (qui fabriquent du méthane à la place des électrons). Le fait de rajouter des plantes, et donc encore du vivant, ajoute de la complexité et des incertitudes.

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Nathalie Blanc

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