La photosynthèse, source d’énergie électrique

Des chercheurs du CNRS ont mis au point une biopile qui transforme l'énergie chimique issue de la photosynthèse en énergie électrique et ouvrent ainsi la voie à la conversion de l'énergie solaire en énergie électrique de manière écologique et renouvelable. Cette biopile pourrait aussi avoir des applications médicales.

La photosynthèse est le processus par lequel les plantes convertissent l’énergie solaire en énergie chimique. En présence de lumière visible, le dioxyde de carbone (CO2) et l’eau (H20) sont transformés en glucose et en dioxygène (O2) dans une série complexe de réactions chimiques. Les chercheurs du Centre de recherche Paul Pascal (CNRS) ont mis au point une biopile qui fonctionne à partir des produits de la photosynthèse – le glucose et l’O2 – et qui est composée de deux électrodes modifiées avec des enzymes. Cette pile a été insérée dans une plante vivante : dans le cas présent un cactus. Grâce à des électrodes très sensibles à l’O2 et au glucose, les chercheurs ont réussi à suivre l’évolution de la photosynthèse in vivo, en temps réel. Ils ont pu observer l’augmentation du courant électrique lorsque qu’une lampe est allumée et une diminution lorsque celle-ci est éteinte. Par ces expériences, les chercheurs ont aussi pu observer pour la première fois l’évolution du glucose en temps réel lors de la photosynthèse. Cette méthode pourrait offrir de nouvelles pistes dans la compréhension des mécanismes de la photosynthèse.

Diagramme de la biopile : les deux électrodes sont modifiées avec leurs bioélectrocatalystes respectifs et résident dans la même solution. À l’anode, les électrons sont transférés du glucose vers la glucose oxydase (GOx), de la GOx vers le polymère I et du polymère I, vers l’électrode. À la cathode, les électrons sont transférés de la cathode vers le polymère II, du polymère II vers la bilirubine oxydase (BOD) et de BOD vers l’O2 © Flexer, Mano; Anal Chem, 2010, 82, 1444-1449

Les chercheurs ont ainsi montré qu’une biopile implantée dans un cactus pouvait générer une puissance de 9 μW/cm2. Le rendement étant proportionnel à l’intensité de l’éclairage, une illumination plus intense accélère la production de glucose et d’O2 (photosynthèse). Il y a donc plus de combustible pour faire fonctionner la biopile. Dans un futur lointain, ce dispositif pourrait éventuellement offrir une nouvelle stratégie pour transformer l’énergie solaire en énergie électrique d’une façon écologique et renouvelable. Mais au-delà de ce résultat, l’objectif initial de ces travaux est la mise au point d’une biopile pour des applications médicales. Elle fonctionnerait alors sous la peau de façon autonome (in vivo) en puisant l’énergie chimique du couple oxygène-glucose naturellement présent dans les fluides physiologiques. Elle pourrait ainsi alimenter des dispositifs médicaux implantés, tels que, par exemple, des capteurs autonomes sous-cutanés mesurant le taux de glucose chez les patients diabétiques.