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L'énergie à découvert

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Rémy Mosseri
, 
Catherine Jeandel

Cinquième partie. Les énergies renouvelables

12. Biomasse : biopiles à combustible

Elisabeth Lojou, Alain Bergel et Serge Cosnier

Texte intégral

1Au sein des biopiles à combustible, enzymatiques ou microbiennes, l’énergie chimique est transformée en énergie électrique via des réactions catalysées par des enzymes* ou des micro-organismes. En s’affranchissant de métaux nobles non dégradables, l’oxydation* biologique de carburants (alcools, hydrogène, sucres, etc.) et la réduction* de comburants* (O2, H2O2) permettent ainsi la génération d’une puissance électrique plus compatible avec les enjeux du développement durable.

2La grande majorité des biopiles enzymatiques repose sur l’oxydation d’un sucre (le glucose*) et la réduction de l’oxygène par des enzymes très efficaces (glucose oxydase, laccase ou bilirubine oxydase). Une nouvelle génération de biopiles a récemment vu le jour, qui utilise des hydrogénases, enzymes catalysant l’oxydation de l’hydrogène (cf. 5.13). Les spécificités et affinités des enzymes pour leur substrat autorisent une simplification du design des piles (pas de membrane séparatrice). Les piles microbiennes mettent en jeu des micro-organismes vivants, qui s’organisent en biofilms*, et jouent le rôle de catalyseur* à la surface des électrodes. Ces biopiles peuvent être conçues à partir de cultures microbiennes pures, voire être créées dans des environnements naturels (milieux marins, stations d’épuration, etc.). Les biopiles sont alors capables d’exploiter tous types de matière organique comme combustible.

Génération de courant électrique par oxydation biologique de carburants et réduction biologique de O2 ou H2O2

3Les biopiles sont essentiellement envisagées comme sources d’énergie nomades (générateurs faible puissance pour téléphones portables, alimentation électrique de capteurs environnementaux). Les biopiles enzymatiques basées sur la dégradation de substrats présents dans les liquides physiologiques, pourraient alimenter des dispositifs médicaux implantés (pacemaker, micropompe, etc.). Les biopiles enzymatiques H2/O2 présentent l’intérêt de pouvoir utiliser de l’hydrogène directement issu de la fermentation* de la biomasse ou de la photosynthèse. Les piles microbiennes, de leur côté, ont démontré leur capacité à fonctionner de façon autonome et stable pendant plusieurs mois. La production de petites puissances sur des sites d’accès difficile constitue donc une cible applicative privilégiée (alimentation de capteurs offshore par exemple). Les piles microbiennes sont également la base de technologies variées, comme les photo-biopiles qui font intervenir des micro-algues.

4Le principal inconvénient des catalyseurs enzymatiques réside dans la fragilité intrinsèque des protéines* qui limite leur durée de vie. Les efforts doivent aussi porter sur l’amélioration de la connexion électrique des enzymes, en particulier par l’utilisation de matrices conductrices 3D (réseau de nanotubes de carbone*, etc.). Concernant les applications biomédicales, le challenge sera la stérilisation du procédé tout en conservant l’activité biologique à l’origine de l’énergie électrique. Pour ce qui concerne les piles microbiennes, les performances des anodes* progressent très rapidement, mais la conception de cathodes* demeure un verrou majeur.

Table des illustrations

Légende Génération de courant électrique par oxydation biologique de carburants et réduction biologique de O2 ou H2O2
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11036/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 70k

Auteurs

Bioélectrochimiste, Chargée de Recherche au CNRS, LBIP, Université Aix-Marseille, Marseille.
lojou@imm.cnrs.fr

Bio-électro-chimiste, Directeur de Recherche, au CNRS, Président du Groupe Français de Bioélectrochimie, Directeur du Groupement de Recherche GDR Biopiles, Directeur du Département de Chimie Moléculaire, Université de Grenoble, Grenoble.
serge.cosnier@ujf-grenoble.fr

© CNRS Éditions, 2013

Conditions d’utilisation : http://www.openedition.org/6540

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