Pile à combustible microbienne à plantes : contribution à l'optimisation des éléments anodique, membranaire et cathodique

Plant microbial fuel cell : contribution to the optimization of the anodic compartment, the membrane and the cathodic compartment

• Auteur / Autrice : Matthieu Picot
• Direction : Frédéric Barrière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biotechnologie

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Porphyrines

Piles à combustible

Résumé

Les piles à combustibles microbiennes (PCM) sont des dispositifs bio-électrochimiques qui utilisent des biofilms bactériens pour catalyser des réactions anodique et/ou cathodique. Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet européen « Plant Power » dont l'objectif est l'étude et l'optimisation d’une classe de PCM particulière : les PCMs à plantes. Ce type de PCM intègre une plante à l'anode ce qui permet l'alimentation in situ du bioñlm anodique par la libération de molécules organiques par les racines. Une PCM est constituée de trois parties principales : le compartiment anodique, la membrane et le compartiment cathodique. Cette étude vise à apporter des éléments pour optimiser chacune de ces trois parties. A l'anode, nous nous sommes intéressés à l'influence de la modification de surface (par réduction de sels d'aryle diazonium) sur les performances de la bioanode microbienne. En ce qui concerne la membrane, nous présentons l'application de la modification de surface à un matériau membranaire modèle : la polyéthersulfone. A la cathode, nous avons considéré différentes stratégies afin d'optimiser la réaction de réduction de l'oxygène moléculaire. Trois approches ont été étudiées : une approche moléculaire (en utilisant des métalloporphrines), une approche enzymatique (utilisation de la laccase de Trametes versicolor et un médiateur redox et une approche microbienne (utilisation de biofilms bactériens).

A Microbial Fuel Cell (MÇFC) is based on the use of electroactive biofilms to catalyze electrochemical reactions at the anode or at the cathode. This work has been done in the context of the Plant Power european proj ect which aims to study and to optimize Plant-MFCS. This kind of MFC integrates a plant in the anolyte which is exuding organic molecules and thus allows the in situ fueling of the anodic biofilm. A MFC can be divided into three parts: the anodic oompartment, the membrane and the cathodic compartrnent. Tbis work is presenting approaches to optimize each cf these three parts. A1; the anode, we discuss the use of surface modification (by the reduction of aryl diazonium salts) to improve the performances of a bioanode. Regarding the membrane we report the modification of a model ultrafiltration membrane made of polyethersulfone. At the cathode, we present ways to optimize the oxygen reduction reaction. In that context, three different approaches are considered: a molecular approach (by using metalloporphyrins), an enzymatic approach (by using laccase fiom Trametes versicolor and a redox mediator) and a microbial approach (by using a catalytic biofilm).