Du fin fond des mers, un écho se fait entendre : des biofilms, constitués en fait de bactéries et impliqués dans la corrosion de certains matériaux pourraient produire du courant électrique, via une pile à combustible. Et il ne s'agit pas d'une rumeur, les chercheurs du CNRS et du CEA confirment. Le Laboratoire de génie chimique de Toulouse (CNRS) et le Laboratoire d'étude de la corrosion aqueuse (CEA-Saclay) ont observé en effet que les coupons d'acier inoxydable, recouverts de biofilms marins, jouent le même rôle que le platine, si coûteux mais indispensable au fonctionnement de certaines piles à combustible. Un enjeu considérable, puisqu'il ferait tomber un des verrous économiques qui empêchent encore la généralisation de cette source d'énergie.
Explications.

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Schéma du dispositif de pile à combustible fonctionnant avec un biofilm à cathode.

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La pile à combustible comprend deux électrodes, l'anode (pôle -) et la cathode (pôle + ), reliées entre elles par un fil électrique. Pour produire de l'électricité, le combustible — l'hydrogène, dans le cas qui nous intéresse — « pousse » les électrons sur l'anode. À l'autre bout, à la cathode, l'oxygène les « tire ». « Afin que la pile fonctionne dans des conditions optimales, il faut que les réactions de transfert d'électrons à l'anode, comme à la cathode, soient rapides. Or, à la cathode, l'oxygène n'extrait rapidement les électrons que lorsqu'elle est recouverte de matériaux servant de catalyseur, comme le platine. Sans cela, la pile ne débite que de très faibles courants », explique Alain Bergel qui pilote le projet pour le Laboratoire de génie chimique. Afin de vérifier l'efficacité des biofilms comme substituts au platine à la cathode, les scientifiques français, avec l'aide du CNR¹, se sont donc livrés à des manipulations fin 2001 dans le port de Gênes où se trouve une station de recherche². Une pile constituée d'une part d'une anode en platine plongée dans un circuit d'eau distillée à pH alcalin et saturée en hydrogène, et d'autre part d'une cathode en acier inoxydable immergée dans un circuit d'eau de mer aérée par un envoi de bulles d'air (voir schéma du dispositif ci-contre), fournit 2,6 mW/m2 sous 0,048 volt lorsque la cathode est nue. Mais dès que la cathode est recouverte d'un biofilm, la puissance de la pile grimpe alorsà 270 mW/m²  sous 0,49 V.
Des résultats « électrisants » qui permettraient de produire de l'électricité domestique pour des villes et des quartiers à proximité de la mer. « Et un catalyseur en quantité quasiment illimitée car le film est régénéré en permanence. En outre, la pile à combustible produit de l'eau. Elle crée donc un environnement suffisamment humide pour favoriser le développement de biofilms en l'absence des circuits de liquide. On peut même espérer àterme, appliquer la catalyse biologique sur des piles qui fonctionneraient sur une alimentation gazeuse et s'affranchir du milieu marin », ajoute Alain Bergel. Même s'il reste à déterminer précisément les familles de micro-organismes capables de déclencher un tel processus, cette piste novatrice, sur laquelle des équipes américaines et  coréennes se concentrent, a fait l'objet d'un dépôt de brevet CNRS/CEA en août 2002. Un brevet qui sera publié sur le site de l'Inpi³ en 2004.

Stéphanie Bia