La recherche scientifique explore constamment de nouvelles avenues pour innover dans le domaine de l’énergie. Parmi les solutions étudiées, les micro-organismes se révèlent être des acteurs potentiels inattendus. Les chercheurs de l’Empa en Suisse ont récemment démontré que les champignons, ces organismes souvent perçus comme mystérieux, pourraient jouer un rôle non négligeable dans la production d’électricité.
Les champignons, membres du règne de la vie plus proches des animaux que des plantes, offrent une diversité biologique impressionnante. Ils vont des champignons comestibles aux moisissures, des cellules unicellulaires à l’organisme vivant le plus grand sur Terre, des agents pathogènes causant des maladies aux héros produisant des médicaments. Les chercheurs de l’Empa ont maintenant révélé une autre capacité de ces organismes : la génération d’électricité.
Dans le cadre d’un projet de recherche de trois ans, soutenu par la Gebert Rüf Stiftung au travers de leur programme de financement Microbials, les chercheurs du laboratoire de Cellulose et Matériaux Bois de l’Empa ont développé une batterie fongique fonctionnelle. Les cellules vivantes ne produisent pas une grande quantité d’électricité – mais suffisamment pour alimenter un capteur de température pendant plusieurs jours, par exemple. De tels capteurs sont utilisés en agriculture ou dans la recherche environnementale. Le principal avantage de cette batterie fongique : contrairement aux batteries conventionnelles, elle est non seulement complètement non toxique mais aussi biodégradable.
L’impression 3D au service de la biotechnologie
Techniquement, la cellule n’est pas une batterie, mais ce qu’on appelle une pile à combustible microbienne. À l’instar de tous les êtres vivants, les micro-organismes convertissent les nutriments en énergie. Les piles à combustible microbiennes exploitent ce métabolisme et captent une partie de l’énergie sous forme d’électricité. Jusqu’à présent, elles étaient essentiellement alimentées par des bactéries.
«Pour la première fois, nous avons combiné deux types de champignons pour créer une pile à combustible fonctionnelle,» a indiqué la chercheuse de l’Empa, Carolina Reyes. Les métabolismes des deux espèces de champignons se complètent : du côté de l’anode, un champignon de levure dont le métabolisme libère des électrons. La cathode est colonisée par un champignon de pourriture blanche, qui produit une enzyme spéciale, permettant de capturer les électrons et de les conduire hors de la cellule.
Les champignons ne sont pas «plantés» dans la batterie mais font partie intégrante de la cellule dès le départ. Les composants de la batterie fongique sont fabriqués par impression 3D. Cette méthode permet aux chercheurs de structurer les électrodes de manière à ce que les micro-organismes aient un accès optimal aux nutriments. Pour cela, les cellules fongiques sont mélangées à l’encre d’impression.
«Il est déjà assez difficile de trouver un matériau dans lequel les champignons se développent bien,» explique Gustav Nyström, chef du laboratoire de Cellulose et Matériaux Bois. «Mais l’encre doit également être facile à extruder sans tuer les cellules – et évidemment, nous voulons qu’elle soit conductrice d’électricité et biodégradable.»
Microbiologie et ingénierie électrique fusionnent
Grâce à l’expérience étendue de leur laboratoire en impression 3D de matériaux souples et biosourcés, les chercheurs ont pu produire une encre adaptée à base de cellulose. Les cellules fongiques peuvent même utiliser la cellulose comme nutriment et ainsi aider à décomposer la batterie après utilisation. Cependant, leur source de nutriments préférée reste les sucres simples, ajoutés aux cellules de la batterie.
«Vous pouvez stocker les batteries fongiques à l’état sec et les activer sur place en ajoutant simplement de l’eau et des nutriments,» a indiqué Carolina Reyes. Bien que les champignons robustes survivent à de telles phases sèches, travailler avec des matériaux vivants a posé plusieurs défis aux chercheurs. Le projet interdisciplinaire combine la microbiologie, la science des matériaux et l’ingénierie électrique. Pour caractériser les batteries fongiques, la scientifique, formée en microbiologie, a dû non seulement apprendre des techniques d’électrochimie mais aussi les adapter aux encres d’impression 3D.
Les chercheurs prévoient maintenant de rendre la batterie fongique plus puissante et plus durable – et de rechercher d’autres types de champignons appropriés pour fournir de l’électricité. «Les champignons sont encore sous-recherchés et sous-utilisés, particulièrement dans le domaine de la science des matériaux,» conviennent de dire les deux chercheurs.
Légende illustration : Dans le domaine de la science des matériaux en particulier, les champignons sont encore trop peu étudiés et utilisés. Image : Empa
Article adapté du contenu de l’auteure : ANNA ETTLIN (Empa)
