Des biocatalyseurs au sein de piles à combustible : pourquoi, comment ?

Une nouvelle génération de biopile a très récemment vu le jour, qui utilise l’hydrogénase, enzyme-clé de conversion de l’hydrogène au sein de nombreux microorganismes et dans des biotopes divers, comme biocatalyseur à l’anode. Ce dispositif est la réplique des piles à combustible chimiques basse température, et profite des propriétés énergétiques de l’hydrogène comparées au glucose. S’il a tardé à se développer à cause de l’extrême sensibilité à l’oxygène de la plupart des hydrogénases connues jusque dans le milieu des années 2000, il connaît aujourd’hui un très fort développement grâce à l’identification d’hydrogénases très efficaces, tolérantes à l’oxygène et, de surcroît, résistantes au CO. Mais remplacer une particule de métal comme le platine par une enzyme n’est cependant pas trivial. La taille de l’objet biologique, la structure protéique complexe mais très organisée, les relais électroniques multiples, sont autant de facteurs qui contrôlent la catalyse. La connaissance de la structure tridimensionnelle de l’enzyme et des bases moléculaires de sa connexion sur un collecteur de courant sont nécessaires à un transfert d’électron interfacial efficace, et donc à des puissances de piles compatibles avec une application. L’augmentation des densités de courant passe aussi par la nanostructuration de matrices conductrices tridimensionnelles adaptées à l’immobilisation non dénaturante d’un nombre accru d’enzymes. Enfin, la stabilité de la bioélectrode, et à terme de la biopile, impose la recherche dans la biodiversité de nouvelles enzymes ou complexes protéiques actifs.

À partir d’exemples récents de biopiles, nous discuterons des différentes pistes envisagées pour répondre aux contraintes de l’utilisation d’enzymes pour produire de l’électricité. Nous présenterons quelques applications fondées sur ce type de dispositifs, en mettant l’accent sur les recherches interdisciplinaires aujourd’hui nécessaires pour envisager une mise sur le marché.