Piles à combustible: des enzymes pour remplacer les métaux rares?

Le 31 août 2017 par Romain Loury
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Vers des véhicules électriques encore plus propres
Vers des véhicules électriques encore plus propres

Des chercheurs français ont mis au point une biopile dont les réactions chimiques sont assurées par des enzymes bactériennes, lors de travaux publiés dans la revue Energy & Environmental Science. Ce qui permettrait de se passer du platine, un catalyseur coûteux.

Les piles à combustible sont notamment utilisées dans les véhicules électriques. Comme toute pile, elles disposent de deux électrodes, l’une négative (anode), l’autre positive (cathode): à la première se produit une réaction d’oxydation de l’hydrogène, à la seconde une réaction de réduction de l’oxygène.

Ces deux réactions sont le plus souvent catalysées par le platine, métal rare et coûteux. Or dans un article publié en 2014 sur le site du CNRS, Elisabeth Lojou, du Laboratoire Bioénergétique et ingénierie des protéines (CNRS/université Aix-Marseille), estimait qu’«il serait impossible d’imaginer alimenter le parc automobile électrique avec ces piles, car on n’aurait pas assez de platine sur Terre».

Deux enzymes bactériennes

D’où l’idée de chercher des alternatives tout aussi efficaces, mais moins coûteuses et plus durables. On s’en approche peu à peu, à en croire l’étude publiée par le laboratoire marseillais. Les chercheurs ont ainsi mis au point une biopile dont les deux réactions ne sont plus assurées par le platine, mais par des enzymes d’origine bactérienne, à savoir une hydrogénase à l’anode et une bilirubine oxydase à la cathode.

Problème de taille: ces enzymes bactériennes sont par définition des protéines, et n’ont donc pas la stabilité de substances inorganiques comme le platine. Les chercheurs ont en partie levé cet écueil, en recourant à des enzymes thermostables, actives à des températures s’élevant jusqu’à 90°C. Ils ont de plus amélioré leur stabilité en les incorporant dans des feutres de carbone modifiés par des nanotubes de carbone.

Ainsi protégées d’éventuels inhibiteurs générés par les réactions chimiques, ces enzymes sont actives plus longtemps que lors des premiers prototypes, la pile fonctionnant «jusqu’à une à deux semaines», explique au JDLE le chercheur Ievgen Mazurenko, co-auteur de l’étude.

Une puissance proche des piles à platine

D’autres obstacles subsistent: outre le fait qu’il faudra encore améliorer la stabilité des enzymes, le chercheur évoque un problème de diffusion des substrats (l’hydrogène et l’oxygène) vers leurs enzymes respectives. Mais au-delà du défi posé par la nature organique de ces catalyseurs, Ievgen Mazurenko estime que «la puissance de la biopile est proche» de celle d’une pile classique au platine.

D’autres types de biopiles que celle-ci (qui fonctionne à l’hydrogène et à l’oxygène) font l’objet de recherches très actives, par exemple une pile glucose/oxygène, créée en 2010 par des chercheurs de Grenoble et de Bordeaux. Ses inventeurs pensent pouvoir l’incorporer à des dispositifs médicaux, par exemple des capteurs de glycémie (couplés à une pompe à insuline) chez les diabétiques ou des pacemakers. Principal avantage, le glucose, nécessaire au fonctionnement de la pile, serait directement fourni par l’organisme.



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