Une batterie vivante, inspirée par les villosités de l’intestin grêle, produit de l’électricité grâce à des bactéries. Ce prototype flexible a fonctionné pendant quatorze heures et pourrait un jour alimenter des capteurs avec les déchets organiques des eaux usées.
L’idée peut paraître surprenante, mais des chercheurs ont mis au point une batterie fonctionnant avec des bactéries, inspirée par l’intestin grêle, capable de générer du courant pendant au moins quatorze heures.
Cette technologie pourrait exploiter les résidus contenus dans les eaux usées pour faire fonctionner de petits appareils.
Pourquoi les chercheurs ont-ils puisé leur inspiration dans l’intestin ?
Une équipe de l’Université de Binghamton a créé une biopile flexible qui reproduit la forme des villosités de l’intestin grêle. Ces petites projections augmentent la surface disponible pour absorber les nutriments, sans nécessiter une augmentation importante du volume de l’organe.
Les chercheurs ont appliqué ce principe à une pile à combustible microbienne. L’objectif est d’offrir plus d’espace aux bactéries et de faciliter leur accès aux nutriments essentiels pour produire de l’électricité.
Les structures plates offrent une surface limitée. Les matériaux poreux peuvent, quant à eux, se boucher par l’accumulation de biofilms, ce qui gêne la distribution des nutriments et l’élimination des déchets.
Comment fonctionne cette biopile ?
La structure a été fabriquée avec un hydrogel polymère flexible, moulé avec de petites saillies ressemblant aux villosités intestinales. À l’intérieur, l’équipe a incorporé des bactéries Bacillus subtilis, initialement inactives.
Lorsqu’elles rencontrent des conditions favorables et des nutriments, les micro-organismes reprennent leur activité métabolique. Les réactions associées permettent de récupérer une partie de l’énergie chimique de la matière organique pour produire un courant électrique.
L’hydrogel contenant les bactéries sert d’anode. Une membrane échangeuse d’ions le sépare d’une cathode en tissu de carbone modifié, complétant ainsi le système électrochimique.
Elle a produit environ 0,75 volts pendant au moins 14 heures
Lors des tests en laboratoire, avec un apport continu de nutriments, le prototype a maintenu une tension stable d’environ 0,75 volts pendant au moins quatorze heures. Selon l’équipe, cette production permet d’alimenter de petites LED ou des microcapteurs.
Le résultat dépend donc de l’alimentation des micro-organismes. Les quatorze heures représentent le fonctionnement démontré dans ces conditions, sans qu’une autonomie maximale soit établie.
Les eaux usées pourraient alimenter les capteurs eux-mêmes
Une des applications envisagées consiste à installer ces biopiles dans des canalisations. La flexibilité de la structure permettrait de l’adapter à la géométrie des tuyaux, tandis que les composés organiques présents dans l’eau serviraient de nutriments.
Ainsi, de petits capteurs pourraient obtenir de l’énergie sur leur lieu de surveillance, réduisant le besoin de remplacer des piles dans des endroits difficiles d’accès.
Cependant, l’utilisation dans des eaux usées réelles nécessite encore une validation. Les variations de composition, les sédiments, la température et la présence de substances nocives pour les bactéries peuvent affecter les performances.
Le prochain défi est de sortir du laboratoire
Cette recherche, publiée dans la revue scientifique Small, a été menée par Seokheun « Sean » Choi, Ruohan Zhang et Botian Wang.
L’équipe souhaite développer une méthode d’impression évolutive en une seule étape et reproduire plus fidèlement l’organisation des micro-organismes près de la couche muqueuse intestinale.
Des questions environnementales doivent aussi être éclaircies : la fabrication d’hydrogels, de membranes et d’électrodes consomme des ressources. Le bénéfice devra être évalué sur l’ensemble du cycle de vie, et la production d’électricité ne démontre pas, en soi, que le dispositif purifie l’eau.