Biotechnologies pour le stockage d'énergie : Bioélectrodes et dispositifs bioélectrochimiques

Après la discussion de systèmes électrochimiques fondés sur des microorganismes (cours n° 2), ce cours s’intéresse aux bioélectrodes et aux biopiles construites à partir de systèmes enzymatiques. Il ne s’agit pas d’un domaine nouveau puisqu’il existe un grand nombre de biopiles, par exemple de type biopiles à glucose, qui utilisent des enzymes pour convertir de l’énergie chimique (glucose) en électricité. Ce qui est nouveau c’est la nature des enzymes qui peuvent être maintenant exploitées grâce à la maîtrise croissante des conditions de fonctionnement de ces enzymes souvent fragiles ou encore des matériaux d’électrodes (nanostructuration, polymères de protection, etc.) sur lesquels ces enzymes sont déposées, ou enfin des méthodes d’immobilisation des enzymes sur les électrodes. Le très bel exemple qui est discuté en détail dans ce cours, pour bien comprendre les difficultés technologiques de tels dispositifs, est la cellule photoélectrochimique développée par E. Reisner à Cambridge. Elle est constituée du photosystème II (issu de plantes) à la photoanode et d’une hydrogénase bactérienne à la cathode. Grâce à la mise au point d’une telle cellule, on réalise une photosynthèse « semi-biologique » originale, couplant des éléments biologiques de la photosynthèse naturelle et des matériaux d’électrodes synthétiques. Même si les performances sont encore insuffisantes, notamment en matière de densité de courant, ce système fonctionne avec d’excellents rendements.