À l’heure du changement climatique, la recherche sur de nouveaux types d’énergies renouvelables bat son plein. The diminution des ressources fossiles ainsi que the augmentation des prix des carburants incitent à la diversification énergétique.
Plusieurs équipes internationales et françaises travaillent au développement de nouveaux dispositifs. Parmi eux, une innovation peu connue: the “microbienne pile”, or “pile à bactérie”, here utilise des bactéries pour dégrader des composés organques et récolter un courant électrique. Ce dispositif présenterait the avantage d’être peu onéreux et de pouvoir utiliser des eaux usées comme combustible. The permit also, une fois optimisé, de limiter the utilization of piles chimiques containing des produits toxiques pour l’environnement. Cespiles à bactérie fournissent de faibles puissances, et permraient par exemple d’alimenter des LED ou des capteurs de température.
Cette technologie fait veritablement l’objet de recherche depuis le debut des années 2000 après la découverte de bactéries très spéciales capables de transférer des électrons à des surfaces solides conductrices. La production électrique pourrait être couplée à d’autres fonctions de cette pile: le traitement d’eaux usées par exemple, en diminuant leur charge organique, mais aussi la décontamination en polluants d’eaux riches en pesticides, ou encore la synthèse de molécules d ‘intérêts comme le phosphate, intéressant pour agriculture.
Toby Call, Department of Engineering, University of Cambridge, Flickr, CC BY-NC-ND
Mais pour améliorer cette technologie, il est notammenécessaire d’identifier des bactéries capables de vivre dans les conditions très particulières de la pile à bactérie: absence d’oxygène, pH neutral, conductivité élevée… Un des enjeux est de trouver des bactéries qui sont adaptées à des milieux très salés, qui perment aux ions, et donc au courant électrique, de bien circuler.
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La mangrove martiniquaise, milieu source de bactéries électroactives
Les chercheurs du Laboratoire des matériaux et molécules en milieu agressif (L3MA) is valued le potentiel pour the microbienne pile of an environment particulier: the mangrove.
The mangrove is an environnement humide tropical, an écosystème très particulier present in Martinique and in the littoraux des régions tropicales en général. La forêt de mangrove joue un rôle très important pour les territoires comme la Martinique: en plus de leur fonction nourricière et d’habitat pour nombre d’espèces animales, elles constituent également une barrière naturelle protectrice de l’île limitant l’érosion des côtes par exemple et la protégeant des catastrophes naturelles.
The mangrove present the ideal conditions for the unique bactéries … and contention des espèces bactériennes électroactives qui peuvent être utilisée dans les piles à bactéries. Les salinités y sont très importantes en raison de l’enterée de l’eau de mer, et les communautés bactériennes qui y vivent sont adaptées à ces concentrations importantes.
Certaines bactéries peuvent transférer des électrons à des métaux
Une bactérie «électroactive» is capable of extra les électrons dont elle a besoin pour respirer (c’est-à-dire transformer du dioxygène dissous dans l’eau, lieu de vie des bactéries, en dioxyde de carbone) à partir d ‘ un matériau conducteur solide comme du fer ou du manganèse présent dans son environnement, grâce à ce que l’on appelle the «transfert électronique extracellulaire».
Ainsi, the bactérie Geobacter metallireducens a été découverte in 1987 in the lit sédimentaire de la rivière Potomac, aux États-Unis. Cette bactérie utilise des poils sur sa surface pour “respirer” des oxydes de fer (hématites) présents dans son milieu de vie.
Les bactéries électroactives peuvent aussi bien extraire des électrons de matériaux solides qu’en fournir à ces mêmes matériaux.
The functions of the microbienne pile
The “battery à combustible microbienne” is a device capable of converting directly the energy chemistry contained in the composes organisms en énergie électrique, grâce au travail des bactéries électroactives.
Paule Salvin, Fourni par the auteur
Son schéma le plus classique prévoit deux compartiments séparés par une membrane, qui permet d’échanger les ions entre les compartiments. In the anodic compartment of the pile, the composes organs sont dégradés par les bactéries pour récolter les électrons qui sont ensuite transférés à anode solide. A flux d’électrons est alors possible in the circuit électrique reliant the anode à la cathode: c’est le courant électrique que l’on pourra utiliser.
Pour équilibrer le flux de charge électrique, les protons migrent de la borne “moins” à la borne “plus” en traversant la membrane échangeuse de protons.
Dans l’exemple présenté ici, les deux électrodes de la pile sont dites “biologiques”, car elles sont couvertes par des biofilms bactériens: agrégats de bactéries électroactives adhérées à la surface des électrodes et engluées de polyme à base ont sécrétée. Les biofilms des deux électrodes peuvent être composés des mêmes bactéries ou de communautés distinctes. Indeed, certaines bactéries sont préférentiellement actives sur une anode alors que d’autres préféreront le fonctionnement cathodique.
L3MA, Fourni par the auteur
The trump majeur de cette pile électrochimique réside dans le contrôle des réactions chimiques par les bactéries. Mais ce n’est pas son seul atout. Indeed, on peut aussi grâce à cette pile éviter the utilization of produits chimiques toxiques ou agressifs pour l’environnement, comme c’est le cas dans les piles chimiques classiques. De fait, il existe de nombreuses sources containing tous les éléments nécessaires au fonctionnement des piles microbiennes et on retrouve des bactéries électroactives dans les eaux de mer, les sédiments marins ou de rivière, les eaux usées domestiques ou industrielles, le système de digest souris, les plaques dentaires …
On peut alimenter les bactéries de la pile – et donc la pile – grâce à des substrats organques simples comme de acétate ou encore du glucose, ou plus d’autres plus complexes comme des effluents domestiques ou industriels, par exemple. Tout ceci permrait de concevoir ces dispositifs à moindre coût.
La pile à combustible microbienne n’a pas encore montré tout son potentiel. In effect, for optimizing the échanges électroniques des bactéries et ainsi booster les performances des piles, in the evening nécessaire de mieux comprendre ces mécanismes.
De plus, les bactéries électroactives découvertes peuvent être impliquées dans d’autres processus, et aider à produire des molécules d’intérêt, as le phosphate, le méthane ou encore l’hydrogène. Ainsi, dans avenir, pourraient être proposées des solutions of alimentation en energy utilisant les déchets – eaux usées domestiques ou industrielles – here permitting a search plus vertueux de consommation.
