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30/04/2004
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L’électricité vivante des piles à bactéries
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(MFI) Une révolution dans le monde de l’énergie. Les résultats avancés par un chercheur allemand, Uwe Schröder, montrent qu’un pas décisif a été franchi dans la production durable d’électricité utilisant les bactéries comme source d’énergie.
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C’est en 1800 que le comte Alessandro Volta, physicien italien, inventa la pile : il obtint un faible courant électrique en « empilant » alternativement des disques de cuivre et de zinc séparés par des rondelles de feutre humide dans une solution saline. La pile à combustible était née, transformant l’énergie chimique en énergie électrique. La pile fournit un courant continu, les électrons circulant toujours dans le même sens, de la borne négative vers la borne positive. Dans une pile à combustible, les réactions chimiques sont irréversibles. Quand la pile est « usée », c’est que la chimie n’opère plus…
Les piles à combustible classique sont omniprésentes au quotidien. Elles alimentent postes de radio ou torches lumineuses sans oublier divers instruments, baladeurs ou téléphones… Mais elles présentent deux inconvénients majeurs : elles sont chères et polluantes. Chères parce qu’elles contiennent beaucoup de platine pour permettre la réaction chimique, et polluantes à cause du mercure qui rentre dans leur composition et leur sert de combustible : il n’est dégradable qu’à très longue échéance. Le mercure d’une seule pile bouton (celle d’une montre) peut contaminer 400 litres d’eau ou un mètre cube de terre durant cinquante ans. Les piles à bactéries, ou biopiles, offrent les caractéristiques inverses. Les bactéries, gratuites, remplacent le platine et le combustible peut se réduire à de l’eau d’égout chargée en matière organique.
Comment marche cet objet un peu fou ?
Depuis 1910, on sait les bactéries, micro-organismes vivants, capables de fabriquer de l’électricité. Mais la production était si faible que l’idée de développer leur mise en œuvre relevait de l’utopie. Jusqu’à Uwe Schröder. Chercheur en électro-chimie, il a pulvérisé, en 2003, le record d’intensité de courant généré de façon durable avec des micro-organismes : il a réussi à produire 1,5 milliampère par centimètre carré grâce à de microscopiques cellules en forme de bâtonnets, des escherichia coli. Ces bactéries sont très communes dans l’environnement et plus particulièrement… dans nos intestins !
Et si l’on remplaçait la pile au mercure de votre lampe de poche par une cartouche d’eau sale ? La pile à bactéries, c’est un peu ça…Une batterie vivante, bon marché, gorgée de microbes gavés de matière organique qui leur permet de générer un courant électrique renouvelable. Pour générer ce courant, il faut provoquer une modification à l’intérieur même de la bactérie. Quand les petites bêtes digèrent de la matière organique, elles augmentent de manière sensible un stock d’électrons dont elles doivent se débarrasser avant qu’il ne vienne mettre à mal leur équilibre biochimique. Quand les bactéries sont à l’air libre, c’est l’oxygène qui va venir se combiner avec les électrons et ainsi mettre en œuvre la décomposition de la matière organique. La réaction produit de l’eau, matière parfaitement inoffensive pour les bactéries.
Les premières biopiles pour équiper des stations d’épuration
Le travail des chercheurs a été de déporter la réaction de formation de l’eau loin des bactéries, d’obliger les électrons à voyager à travers un circuit électrique avant de les rendre inopérants. Pour ce faire, la pile à bactéries se compose de deux compartiments. Le premier est à l’abri de l’air et renferme les bactéries pendant qu’elles génèrent les électrons. Le second contient l’oxygène indispensable pour créer la réaction de formation de l’eau. C’est le cheminement des électrons entre les deux qui va donner naissance au courant électrique. L’intensité du courant dépend du nombre de bactéries qui produisent les électrons, de l’efficacité de leur « digestion » et de la surface des électrodes qui récupèrent ces électrons.
D’ici à 2008, les premières biopiles équiperont certains sites de stations d’épuration qui sont par définition des lieux de concentration en bactéries gloutonnes. Les industriels pourront ainsi combiner deux avantages, nettoyer les rejets de matières organiques et récupérer de l’énergie à peu de frais, grâce à la réaction qui perdure tant qu’on « nourrit » les bactéries en eau sale. Plus tard, vers 2010-2015, les chercheurs espèrent avoir réussi à miniaturiser les piles qui pourraient alors faire leur apparition sur le marché des particuliers, et avoir trouvé le moyen de les rendre rechargeables. Actionner des pompes à eau, faire chanter la radio, mais aussi propulser des voitures, voire des avions : tels sont les objectifs que se sont fixés les « dompteurs de bactéries ».
Julie Foulquier
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