Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La biocatalyse des réactions anodiques ou cathodiques est à l'origine des mécanismes de biocorrosion et fait partie des phénomènes redoutés par les utilisateurs de matériaux métalliques. Cette biocatalyse peut être utilisée de manière positive pour augmenter les vitesses des réactions électrochimiques qui se produisent à l'anode et à la cathode de piles à combustible. La mise en œuvre de bactéries dans des biofilms ou l'utilisation d'enzymes comme catalyseurs sont aujourd’hui quelques pistes pour améliorer les performances et diminuer les coûts des piles à combustible.
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The biocatalyst of anodic and cathodic reactions is at the origin of the mechanisms of biocorrosion and forms part of the phenomena dreaded by the users of metallic materials. This biocatalyst can be used in a positive manner to increase the speed of the electrochemical reactions of the anode and cathode in the fuel cell. The use of bacteria in biofilms or the use of enzymes as catalysts currently leads the way in enhancing performance and reducing the costs of fuel cells.
Auteur(s)
INTRODUCTION
La biocatalyse des réactions anodiques ou cathodiques est à l'origine des mécanismes de biocorrosion et fait partie des phénomènes redoutés par les utilisateurs de matériaux métalliques. Cette biocatalyse peut être utilisée de manière positive pour augmenter les vitesses des réactions électrochimiques qui se produisent à l'anode et à la cathode de piles à combustible. À l'heure où les piles à combustible font l'objet de nombreuses recherches pour diminuer leur coût et améliorer leurs performances, la mise en œuvre de bactéries dans des biofilms ou l'utilisation d'enzymes comme catalyseurs deviennent des solutions alternatives crédibles et galvanisent les recherches en France et à l'étranger.
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Conclusion
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4. Perspectives
4.1 Mise en perspective des recherches
Les piles à combustible microbiennes utilisent des bactéries naturellement fixées sur les électrodes comme catalyseurs des réactions électrochimiques. À l'anode, les bactéries assurent le transfert direct vers l'électrode des électrons issus des composés carbonés qu'elles oxydent (acétate, lactate, sucres...) . Certains auteurs se risquent à dire que ces bactéries anodophiles « respirent » l'anode, c'est-à-dire qu'elles sont aptes à connecter leur métabolisme respiratoire sur une électrode solide. Il a été démontré que des consortia bactériens électrocatalytiques peuvent se former sur des anodes de graphite immergées dans de nombreux environnements qui possèdent une écologie microbienne riche (sédiments marins, compost, stations d'épuration des eaux, effluents agroalimentaires...). Les « bioanodes » obtenues se montrent capables d'utiliser comme combustible une grande variété de matières organiques de très faible coût, voire des déchets. De nombreux travaux visent en conséquence le développement de piles qui, couplant la production électrique au traitement de déchets ou d'eaux usées, assureraient l'autonomie énergétique des stations d'épuration tout en diminuant le temps de traitement et les quantités de boues rejetées . Il faut souligner que ces équipes ne travaillent que sur la mise au point des anodes et ne proposent pas encore de solution durable pour augmenter l'efficacité des cathodes. Des cathodes chargées en platine sont souvent utilisées ou bien le dioxygène est remplacé par des réactifs tels l'hexacyanoferrate de potassium.
Contrairement aux avancées réalisées sur la compréhension des processus microbiens anodiques, le mécanisme d'action des biofilms sur la cathode n'est pas encore élucidé. Les trois équipes de Toulouse, Gênes et Saclay continuent de collaborer pour progresser sur cette réaction cathodique biocatalysée que ce soit dans le projet de l'Agence nationale de la recherche (ANR) intitulé « Bactériopile » dont l'un des objectifs est de construire un démonstrateur, ou dans le programme européen « Electrochemically Active Biofilms » du 6e PCRDT (Programme cadre de la recherche technologique) dont l'un des objectifs est de déchiffrer le/les mécanisme(s) des bactéries actives électrochimiquement.
Depuis...
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Perspectives
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - STEVENS (P.), NOVEL-CATTIN (F.), HAMMOU (A.), LAMY (C.), CASSIR (M.) - Piles à combustible - . [D 3 340], Techniques de l'Ingénieur, base documentaire « Convertisseurs et machines électriques » (2000).
-
(2) - BOND (D.R.), HOLMES (D.E.), TENDER (L.M.), LOVLEY (D.R.) - Electrode-reducing microorganisms that harvest energy from marine sediments - . Science 295, p. 483-5 (2002).
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(3) - TENDER (L.M.), REIMERS (C.E.), STECHER (H.A.), HOLMES (D.E.), BOND (D.R.), LOWY (D.A.), PIBLOBELLO (K.), FERTIG (S.), LOVLEY (D.R.) - Harnessing microbially generated power on the seafloor - . Nature Biotechnology 20, p. 821-5 (2002).
-
(4) - FERON (D.), BERGEL (A.) - Pile à combustible utilisant des enzymes en tant que catalyseur de la réaction cathodique et/ou anodique - . Brevet FR 02.01488 (7 février 2002).
-
(5) - BERGEL (A.), FERON (D.) - Pile à combustible utilisant des biofilms en tant que catalyseur de la réaction cathodique et/ou anodique - . Brevet FR 02.10009 (6 août 2002).
- ...
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