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Posté par Michel le Jeudi 18/02/2010 à 00:00
La photosynthèse, nouvelle source d'énergie électrique
Des chercheurs du CNRS ont transformé l'énergie chimique issue de la photosynthèse en énergie électrique. Ils proposent ainsi une nouvelle stratégie qui convertit l'énergie solaire en énergie électrique de manière écologique et renouvelable. Cette biopile pourrait aussi avoir des applications médicales. Ces travaux viennent d'être publiés dans la revue Analytical Chemistry.


Diagramme de la biopile. Les deux électrodes sont modifiées avec leurs bioélectrocatalystes respectifs
et résident dans la même solution. À l'anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par opposition...), les électrons sont transférés du glucose (Le glucose est un aldohexose, principal représentant des oses (sucres). Par convention, il est symbolisé par Glc. Il est directement assimilable par l'organisme.) vers la glucose oxydase (GOx),
de la GOx vers le polymère I et du polymère I, vers l'électrode. À la cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Elle correspond à la borne positive (+) dans une pile électrique qui débite et à la borne...), les électrons sont transférés de la cathode
vers le polymère II, du polymère II vers la bilirubine oxydase (BOD) et de BOD vers l'O2.
Crédit: © Mano et al, JACS, 2003, 125, 6588-6594

La photosynthèse est le processus par lequel les plantes convertissent l'énergie solaire en énergie chimique. En présence de lumière visible, le dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes...) (CO2) et l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) (H20) sont transformés en glucose et en dioxygène (O2) dans une série complexe de réactions chimiques. Les chercheurs du Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) Paul Pascal (CNRS) ont mis au point (Graphie) une biopile qui fonctionne à partir des produits de la photosynthèse: le glucose et l'O2, et qui est composée de deux électrodes modifiées avec des enzymes.
Cette pile est insérée dans une plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des...) vivante, dans le cas présent un cactus.

Grâce à ces électrodes très sensibles à l'O2 et au glucose, une fois implantées dans le cactus, les chercheurs ont réussi à suivre l'évolution de la photosynthèse in vivo (In vivo (en latin : « au sein du vivant ») est une expression latine qualifiant des recherches ou des examens pratiqués sur un organisme vivant, par opposition à in vitro ou...) en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réel. Ils ont pu observer l'augmentation du courant électrique lorsque qu'une lampe est allumée et une diminution lorsque celle-ci est éteinte. Par ces expériences, les chercheurs ont aussi pu observer pour la première fois l'évolution du glucose en temps réel lors de la photosynthèse. Cette méthode pourrait offrir de nouvelles pistes dans la compréhension des mécanismes de la photosynthèse.

D'autre part, les chercheurs ont montré qu'une biopile implantée dans un cactus pouvait générer une puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de 9 microW par cm2.Le rendement étant proportionnel à l'intensité de l'éclairage, une illumination plus intense accélère la production de glucose et d'O2 (photosynthèse), il y a donc plus de combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de...) pour faire fonctionner la biopile. Dans un futur lointain, ce dispositif pourrait éventuellement offrir une nouvelle stratégie pour transformer l'énergie solaire en énergie électrique d'une façon écologique et renouvelable

Au-delà de ce résultat, l'objectif initial de ces travaux est la mise au point d'une biopile pour des applications médicales. Elle fonctionnerait alors sous la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le rôle d'enveloppe protectrice du corps.) de façon autonome (in vivo) en puisant l'énergie chimique du couple oxygène-glucose naturellement présent dans les fluides physiologiques. Elle pourrait ainsi alimenter des dispositifs médicaux implantés, tels que, par exemple, des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une...) autonomes sous-cutanés mesurant le taux de glucose chez les patients diabétiques.


Biopile insérée dans un cactus et graphique representant l'évolution du courant électrique en fonction de l'éclairage du cactus.
(noir: glucose, rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.): O2)
Crédit: © Flexer, Mano; Anal Chem, 2010, 82, 1444-1449

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Source: CNRS
Illustrations: Voir les légendes