Une pile microbienne à plantes pour l'électricité de demain? | Fuel cell, Plants, Power plant
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La plante Watsonia sp présente donc un excellent outil biologique pour la production de la bioélectricité. Le rendement en courant peut être augmenté en optimisant les conditions physico-chimiques (sol, pH, température, nutriments…. ) et électrochimiques (matériaux des électrodes) ou en adoptant une autre espèce de plante. Mots clés
Pile microbienne à plante, Bioélectricité, Watsonia sp, Génération du courant, OVC, Photosynthèse.
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Les plantes ont recours à la photosynthèse pour fabriquer des sucres à partir d'eau, de gaz carbonique (CO2) et de lumière. Or, 40 à 70% de ces sucres ne sont pas utilisés par ces organismes. Ils sont donc rejetés dans l'environnement par les racines, pour le plus grand plaisir des bactéries du sol. Celles-ci dégradent ces composés pour se fournir en énergie. C'est sur cette étape que les chercheurs ont décidé d'agir. Une pile microbienne alimentée par des plantes
Des végétaux ont été mis en culture dans un milieu contenant des micro-organismes. En dégradant les exsudats (les sucres libérés), ces bactéries produisent du CO2, des protons (H+) et des électrons récupérables par une anode placée à proximité des racines. La cathode est quant à elle fixée à l'intérieur d'un second compartiment séparé du premier par une membrane perméable aux protons. La différence de potentiel entre les deux milieux engendre un courant électrique. Au final, les protons arrivés dans le second compartiment par diffusion vont réagir avec des molécules de dioxygène (O2) et des électrons issus de la cathode pour former de l'eau (H2O).
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Créer de la bioélectricité à partir de plantes, c'est le défi que se lance l'entreprise Hollandaise Plant-e en 2015 qui met alors au point une pile microbienne qui permet de produire de l'électricité grâce aux interactions qui s'opèrent entre les racines des plantes et les bactéries du sol. Avec une technologie plus durable et plus respectueuse de l'environnement, sans affecter la croissance de la plante, la bioélectricité par pile microbienne réussit là où la biomasse, pour l'instant, semble plus en difficulté. Un principe novateur
Le principe de cette technologie est simple, la pile se nourrit de 70% des matières organiques produites par la photosynthèse que la plante n'utilise pas, excrétée par ses racines. Au cours de ce processus, des électrons sont libérés. Ainsi, en plaçant une anode près des racines ainsi qu'une cathode dans de l'eau, il devient possible de produire de l'électricité. >>> Lire aussi: Les énergies vertes pour relancer l'économie mondiale? Si les quantités d'énergie produites sont encore faibles pour le moment, à grande échelle sur des marais, des rizières, ou des toits, cela pour devenir colossal.
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Pour ma part, je pense qu'elles ne pourraient pas dépasser de deux à cinq mois d'utilisation. » Après ce temps, les enzymes qui aident à la formation du courant pourraient donc se dégrader. « En laboratoire, nos biopiles fonctionnent au moins huit mois, répond Serge Cosnier. Nous travaillons actuellement à stabiliser ces enzymes. Une fois ce problème résolu, on pourra imaginer commercialiser le pacemaker à biopile dans une dizaine d'années. » Avec son équipe, Nicolas Mano développe, lui, plutôt des biopiles à glucose alimentant des petits dispositifs médicaux, à utilisation ponctuelle « comme des capteurs à glucose utilisés chez les diabétiques. On envisage dans l'avenir de les coupler avec des pompes à insuline… D'ici quatre ou cinq ans, cette biopile sera commercialisable et fonctionnelle », précise le chercheur. Pacemaker, capteur sanguin ou même sphincter artificiel, les applications des piles à glucoses sont immenses. Et ce parce que ces dispositifs ne requièrent que peu de puissance, 20 microwatts/cm 2 en moyenne…
S'inspirer des micro-organismes
Mais le corps humain n'est pas le seul à inspirer les chercheurs en mal d'énergie verte… Ces dernières années, le développement de biopiles utilisant des capacités énergétiques des bactéries explose.
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Du sucre de l'organisme pour produire du courant
Les avancées dans ce domaine se multiplient, et notamment pour des applications biomédicales. Des chercheurs de Grenoble et de Bordeaux ont réussi à mettre au point, en 2010, une pile uniquement alimentée par le glucose de l'organisme. Ce dispositif de quelques millimètres fait réagir l'oxygène et le sucre, présents dans le liquide physiologique du corps. C'est cette réaction qui génère des électrons, utilisés par la pile pour produire du courant. « C'est un procédé totalement naturel basé sur l'oxydation du glucose par l'oxygène, mais qui normalement prend beaucoup de temps… C'est pourquoi, pour faire fonctionner la pile et que l'énergie se forme assez rapidement, on place des catalyseurs sur l'électrode de la biopile: les enzymes », explique Serge Cosnier 2, bio-électrochimiste à Grenoble. En collaboration avec des chercheurs de la faculté de médecine de Grenoble, ils sont les premiers et les seuls à avoir totalement implanté une pile à glucose dans un mammifère.
A plus large échelle, il est possible de produire du riz et de l'électricité en même temps, c'est une manière de combiner les productions d'aliments et d'énergie ». Une toiture végétalisée de 100 m² pourrait ainsi couvrir les besoins énergétiques d'un foyer dont la consommation moyenne annuelle avoisine les 3. 000 KWh – ce qui est le cas aux Pays-Bas. Par ailleurs, dans de nombreux pays en voie de développement, la technologie pourrait devenir une source viable d'énergie renouvelable; elle pourrait être déployée dans des zones humides (6% de la surface terrestre), tels que les rizières ou les milieux marécageux. Mais avant d'envisager un déploiement à grande échelle, les chercheurs doivent travailler à améliorer le dispositif, dont le principal inconvénient demeure la faible quantité d'énergie générée, juste suffisante – à l'heure actuelle – pour alimenter des diodes électro-luminescentes ou des téléphones portables. Plant-e cherche ainsi de nouvelles sources de financements, après une campagne de financement participatif mitigée qui s'est achevée début janvier et qui n'a permis de récolter que 7.
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