Transfert électronique au sein d'une pile à combustible microbienne. Compréhension des Paramètres Expérimentaux et Structuraux à l'Interface entre une Bactérie électro-active et une Electrode carbonée
Auteur / Autrice : | David Pinto |
Direction : | Thibaud Coradin, Christel Laberty-Robert |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie des matériaux |
Date : | Soutenance le 14/11/2016 |
Etablissement(s) : | Paris 6 |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....) |
Jury : | Président / Présidente : Claude Jolivalt |
Examinateurs / Examinatrices : Abraham Esteve-Núñez, Eric Lafontaine | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Sara Cavaliere-Jaricot, Elisabeth Lojou |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Les biopiles microbiennes (PACB) sont un type de pile à combustible utilisant des bactéries comme catalyseurs. Par la métabolisation de matières organiques, les bactéries produisent et transfèrent des électrons à une matrice conductrice. Les matériaux carbonés, comme les feutres de carbone (fibres de 10 µm de diamètre) sont adaptés comme matériau anodique. L’objectif de cette thèse est d’évaluer l’effet des paramètres expérimentaux et structuraux sur la formation du biofilm et sur le comportement électrochimique d’une bactérie électro-active à la surface d’une électrode. Suite à l’optimisation de la croissance de Shewanella oneidensis en condition de semi-aérobie, l’effet de la présence d’oxygène, de l’état de croissance de la bactérie et de la nature de l’électrolyte sur le transfert électronique, ont été évalué. La polarisation de l’anode a des potentiels compris entre -0.3 et 0.5 V conduit à deux conclusions : (i) Les bactéries sont plus sensibles a des potentiels positifs élevés en réacteur mono-compartiment. (ii) En PACB à deux compartiments, les potentiels négatifs et positifs conduisent à deux structures de biofilm différentes. Un biofilm artificiel a été conçu en encapsulant des bactéries dans une gel de silice incorporé dans un feutre de carbone. Il apparait que le transfert électronique des bactéries encapsulées varie en fonction de la rigidité du réseau de silice. Finalement, par l’electrospinning d’une solution de PAN et le traitement thermique de la membrane obtenue, une électrode formée de fibres micrométriques a été conçue. Son utilisation en PACB conduit à une augmentation des performances de la biopile. Le courant anodique augmente d’un facteur 10 à 100.