Une batterie microbienne pour traiter les déchets

Dépolluer tout en produisant de l’énergie, c’est possible. Des chercheurs de l’Université Stanford, en Californie, présentent une pile microbienne à combustible capable de récupérer l’énergie contenue dans les eaux usées, la matière organique étant une importante réserve de donneurs d’électrons. C’est d’ailleurs le principe de la respiration. L’exploitation de ce potentiel énergétique est grandement facilitée par la découverte de micro-organismes exoélectrogènes. Plusieurs espèces, dont des archées, sacrifient, en effet, une partie de leur énergie en oxydant des substances de l’environnement afin de les intégrer à leur métabolisme. Largement présents dans différents milieux, ces micro-organismes aux propriétés particulières ont permis aux chercheurs d’imaginer de véritables « biopiles ».
Une anode formée d’un biofilm de ces microbes exoélectrogènes oxyde les substances organiques des eaux usées. Les électrons ainsi produits passent dans un circuit externe et le courant électrique est extrait. Puis ils réduisent une cathode solide de dioxyde d’argent. Ce système de nécessite pas de membrane de transfert d’électrons ce qui optimise son efficacité. Quand la cathode solide est trop réduite, elle peut être ôtée de l’appareil et réoxydée dans un milieu riche en accepteurs d’électrons, comme l’O₂, l’H₂O ou le CO₂. Cette régénération de la cathode, semblable à une recharge, donne à cette pile microbienne à combustible une dimension supplémentaire. Les chercheurs s’autorisent même à parler d’une « batterie microbienne ». Ces travaux présentent une version complètement anaérobie de la biopile, contrairement à la majorité des autres options développées à travers le monde qui nécessitent l’ajout d’oxygène pour oxygéner la cathode. « Cela leur permet d’améliorer les flux d’électrons car la faible diffusion de l’oxygène dans l’environnement aqueux est un facteur limitant », remarque Gérard Merlin, chercheur à l’École polytechnique universitaire de Savoie et spécialiste français des biopiles.
Comparativement aux cellules photovoltaïques, les puissances et densités d’électrons produites par les piles microbiennes ne permettent pas de les intégrer dans une stratégie de production électrique. « Il s’agit plutôt de valoriser des déchets organiques en énergie », souligne Gérard Merlin. Aujourd’hui, ces biopiles n’ont vocation à offrir qu’une autonomie énergétique partielle aux centrales de retraitements des eaux usées.

Xie X et al. (2013) Proc Natl Acad Sci USA, doi:10.1073/pnas.1307327110

Le flux d’électrons au sein de la batterie bactérienne
© Yi Cui/PNAS