Thèse soutenue

Elaboration de biopiles à combustible incorporant des micro-organismes par procédé sol-gel
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Auteur / Autrice : Benjamin Le Ouay
Direction : Christel Laberty-Robert
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique et Chimie des Matériaux
Date : Soutenance en 2012
Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Cette thèse porte sur l’encapsulation de cellules vivantes (bactéries et micro-algues) dans des gels de silice obtenus grâce au procédé sol-gel, en vue de la réalisation de biopiles à combustible. Ces matrices sont synthétisées par une méthode de « chimie douce » en voie aqueuse, afin de permettre la survie des micro-organismes. Comme la silice est un matériau isolant électrique, il est nécessaire de coupler celle-ci avec un matériau conducteur. Deux approches ont été suivies : la première consiste à utiliser du feutre de carbone comme électrode, et à intégrer le gel et les cellules dans la porosité de celui-ci. La seconde consiste à incorporer des nanotubes de carbone lors de la formation du gel, afin que ceux-ci forment un réseau conducteur d’électrons. Un moyen simple d’imprégner l’intérieur d’un feutre hydrophobe par des phases aqueuses a été développé. Le transport de matière par diffusion à l’intérieur de ces feutres gélifiés a ensuite été étudié. Nous avons ensuite caractérisé l’activité électrochimique de cellules vivantes à l’intérieur du feutre. La présence de glucose permet la production de métabolites électroactifs par les bactéries. Ces métabolites peuvent être utilisés pour alimenter une pile à combustible. Nous avons alors développé une biopile qui intègre ces micro-organismes. Cette biopile génère une puissance surfacique de 40 mW/m2 d’électrode. Le système intégrant des nanotubes de carbone a été caractérisé par spectroscopie d’impédance. Cette technique nous a permis de mettre en évidence la coexistence de deux modes de conduction, assurés par les ions dans la porosité de la silice, ou bien par les électrons dans le réseau de nanotubes. Ce réseau est susceptible de se réorganiser au cours du temps, et sa conductivité augmente alors. La survie des cellules a été confirmée dans ces matrices, ce qui pourrait conduire à la conception de systèmes innovants couplant électrochimie et biologie (biopiles, capteurs, etc. ).