La pile à combustible, source d'électricité verte ne rejetant aucun gaz à effet de serre, n'est pas encore répandue en raison de son coût, lié à l'utilisation de métaux rares comme le platine. Mais des chercheurs du CNRS travaillent à l'élaboration d'une biopile utilisant des enzymes comme catalyseurs, qui serait tout aussi efficace pour fournir du courant. Explications.
Une pile à combustible convertit de l'hydrogène en électricité tout en n'émettant que de la vapeur d'eau, ce qui en fait un élément de choix dans la transition énergétique. Cependant, la durée de vie trop courte et surtout le coût de ces systèmes empêche, pour l'heure, leur généralisation. Car les piles à combustible ont besoin de métaux pour catalyser les réactions chimiques, comme le platine, qui est extrêmement cher (près de 27.000 €/kg). Des chercheurs français de plusieurs laboratoires* planchent donc depuis plusieurs années sur l'utilisation de biocatalyseurs, des enzymes qui seraient capables de réaliser les mêmes réactions.
A l'anode (l'électrode négative d'une pile), se trouve ainsi l'hydrogénase, enzyme issue de microorganismes, tandis qu'à la cathode (électrode positive) se trouve la bilirubine oxydase. La première découpe le dihydrogène (H2) en ions H+ tandis que la seconde catalyse la réaction combinant l'oxygène (O2) et l'hydrogène (H) en eau (H2O). Cependant, un problème persistait jusqu'à présent : l'inhibition de l'hydrogénase par des concentrations croissantes d'oxygène. Le CNRS explique le travail des scientifiques : "Ils ont donc identifié une hydrogénase active en présence d'oxygène et résistante à certains inhibiteurs du platine, comme le monoxyde de carbone". De même, ils ont exploré les ressources infinies offertes par la biodiversité pour identifier des enzymes stables à des températures comprises entre 25 et 80 °C, compatibles avec des machines.
Grâce à la géométrie optimale d'une structure carbone
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En les incorporant progressivement dans une architecture carbonée particulière, les chercheurs sont parvenus à lever les verrous, tout en diminuant les quantités de protéines nécessaires. La structure poreuse du "feutre de carbone" sert en fait de protection aux enzymes qui réalisent l'électro-catalyse. "La pile peut ainsi fonctionner sans perte de performance pendant plusieurs jours", annonce le CNRS. Et les courants obtenus aux bornes du circuit sont proches de ceux attendus pour des piles à combustibles classiques au platine. Le travail reste encore long avant d'arriver à industrialiser cette solution mais les scientifiques se veulent encourageants : "La biomasse peut être utilisée à la fois pour fournir le combustible (l'hydrogène) mais également le catalyseur (les enzymes), par nature renouvelable". Une énergie réellement verte cette fois.
* ("Bioénergétique et ingénierie des protéines" et "Institut universitaire des systèmes thermiques industriels" à l'université d'Aix-Marseille, "Centre de recherche Paul Pascal" de l'université de Bordeaux)
Grand témoin : Xavier Huillard, P-dg du groupe Vinci 
