Bibliographie & annexes
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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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Perspectives
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3. Piles à combustible microbienne (microbial fuel cell)
Deux types d'expériences ont été réalisés avec des biofilms utilisés comme catalyseurs. Dans les études préliminaires, seule la cathode était recouverte d'un biofilm alors que, dans les essais suivants, les deux électrodes étaient recouvertes de biofilm.
3.1 Demi-pile microbienne
Comme mentionné dans l'introduction, depuis 5 ans de nombreuses équipes focalisent leur recherche sur la catalyse des réactions anodiques par les bactéries, ce qui ne résout pas le problème du platine utilisé pour la réaction cathodique. Les études préliminaires réalisées en collaboration avec l'Institut des sciences de la mer (Dr Alfonso Mollica, CNR–ISMAR de Gênes, Italie) sur une pile en milieu aqueux ont mis en évidence l'efficacité des biofilms formés en eau de mer aérée pour catalyser la réaction cathodique de réduction de l'oxygène sur des électrodes en acier inoxydable . Ces expériences ont été réalisées dans le port de Gênes, avec une pile à combustible schématisée en figure 7 constituée :
-
d'une anode en platine de 23,5 cm2 dans le compartiment de laquelle circule soit de l'eau de mer désaérée et saturée en hydrogène, soit une solution de soude également saturée en hydrogène ;
-
d'une cathode en acier inoxydable (UNS S31254) de 9 ou 1,8 cm2 recouverte d'un biofilm en contact avec une eau de mer aérée par bullage d'air ;
-
d'une membrane Nafion® séparant les deux compartiments.
Dans tous les essais, les biofilms sont d'abord formés sur les électrodes d'acier par une polarisation de plusieurs jours en eau de mer au potentiel de − 0,20 V par rapport à une référence Ag/AgCl. Cette phase de conditionnement préliminaire permet d'optimiser la formation de l'interface entre les couches d'oxydes de la cathode en acier et le biofilm qui se forme naturellement à sa surface. L'intensité enregistrée en fonction du temps donne une courbe de type sigmoïdal qui correspond à l'établissement de la catalyse de la réduction de l'oxygène dissous à la surface de l'acier au fur et à mesure de la croissance du biofilm :
Au bout de quelques jours de croissance du biofilm, la vitesse de réduction de l'oxygène dissous sur l'acier est du même ordre de grandeur...
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Piles à combustible microbienne (microbial fuel cell)
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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