Des « immeubles » pour bactéries afin de produire de l’électricité (vidéo)

Les chercheurs ont construit une structure sur laquelle prospèrent des cyanobactéries qui réalisent la photosynthèse. La structure collecte les électrons libérés lors des réactions chimiques et produit un courant électrique. © Gabriella Bocchetti

Des chercheurs ont imprimé en 3D un assemblage de piliers miniatures fixés sur une électrode qui servent d’immeubles pour bactéries. Leur agencement dope les capacités de photosynthèse des petits organismes. En échange et en guise de loyer, elles peuvent fournir des centaines de microampères.

Faire produire de l’énergie par des êtres vivants, l’exploiter puis la transformer en électricité, c’est possible : par des hamsters dans leur roue ou par vous-mêmes, en pédalant sur l’un de ces vélos installés dans les gares pour recharger votre téléphone.

Mais c’est accessible aussi à certaines bactéries, qui produisent de l’énergie en réalisant la photosynthèse. Les chercheurs tentent de la récupérer depuis plusieurs années, en laissant ces organismes se développer sur des électrodes.

Mais les essais en la matière ne sont pour l’instant pas au point, et le rendement obtenu est loin de ce que laissent espérer les études théoriques. Jenny Zhang, de l’université de Cambridge, et ses collègues ont mis au point une nouvelle structure d’électrodes : de véritables « gratte-ciel » pour bactéries imprimés en 3D et dont le rendement semble nettement plus efficace.

Les cyanobactéries, parfois nommées de façon impropre « algues bleues », sont des organismes très abondants dans la nature, qui peuvent se développer quasiment n’importe où. Mais pour optimiser leur croissance, elles ont avant tout besoin de lumière.

Ces organismes réalisent en effet la photosynthèse : elles captent l’énergie solaire et le dioxyde de carbone présent dans leur environnement pour libérer du dioxygène et produire leur propre énergie chimique.

Au cours du processus, des électrons sont libérés. Et quand les cyanobactéries vivent et se reproduisent directement sur une électrode, il est possible de récupérer ces électrons et de produire du courant – entre 340 et 2 400 microampères par centimètre carré, estiment les études théoriques sur le sujet.

Mais pour l’heure, les tentatives d’élevage de cyanobactéries sur des électrodes aux designs variés n’ont encore produit que des intensités de l’ordre de la dizaine de microampères. Elles se heurtaient à une limite technologique encore mal identifiée.

Convaincus qu’une marge de progression résidait dans la confection des électrodes, Jenny Zhang et ses collègues ont voulu choyer les cyanobactéries en leur offrant plus de lumière.

Ils ont dessiné en guise d’électrode une grille de piliers d’une hauteur de 50 à 800 micromètres, en nanoparticules d’oxyde indium-étain, un matériau de très bonne conductivité. Le tout est construit par jet d’aérosol, une technique d’impression en 3D permettant le dépôt sélectif et très précis des matériaux.

L’électrode entière ressemble ainsi à une forêt de petits piliers, de tailles différentes et disposés pour optimiser leur exposition à la lumière. Une véritable métropole pour bactéries, qui les héberge dans « des appartements en hauteur avec beaucoup de fenêtres », compare Jenny Zhang.

Dans ces conditions, le rendement des microorganismes augmente significativement : la chercheuse de Cambridge et ses collègues ont obtenu ainsi un courant de l’ordre d’une centaine de microampères par centimètre carré à la sortie de leur générateur, un ordre de grandeur au-dessus des tentatives précédentes.

Leur résultat prometteur laisse entrevoir le potentiel de l’impression en 3D dans le développement de ces bioélectrodes.

À terme, ce moyen de générer de l’électricité pourrait devenir une énergie renouvelable particulièrement rentable en combinant un grand nombre d’« immeubles »… et permettre de recharger votre téléphone tout aussi efficacement que vos coups de pédale sur un vélo. 

(Source : Science)

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