Respirer mieux et produire de l'électricité grâce aux plantes artificielles

La qualité de l’air intérieur constitue un enjeu sanitaire majeur, particulièrement dans les sociétés où la population passe une grande partie de son temps dans des espaces clos. Les systèmes de purification d’air traditionnels présentent fréquemment des inconvénients en termes de coût et d’entretien. Pour répondre à cette problématique, des chercheurs anglais ont mis au point une solution novatrice alliant purification de l’air et production d’électricité, apportant ainsi de nouvelles réponses pour l’amélioration de l’environnement intérieur.

Le professeur Seokheun «Sean» Choi et l’étudiante en doctorat Maryam Rezaie, de l’Université de Binghamton, ont réorienté leurs travaux sur les biobatteries alimentées par des bactéries vers un nouveau concept : des plantes artificielles capables de purifier l’air intérieur tout en générant de l’électricité.

«Particulièrement après avoir traversé la pandémie de COVID-19, nous comprenons l’importance de la qualité de l’air intérieur. De nombreuses sources peuvent générer des matériaux très toxiques, comme les matériaux de construction et les tapis. Nous expirons et inspirons, ce qui augmente les niveaux de dioxyde de carbone. Des risques liés à la cuisine et à l’infiltration de l’extérieur sont également présents.» a expliqué le professeur Choi.

Un prototype aux résultats encourageants

Les chercheurs ont conçu un prototype de plante artificielle composé de cinq feuilles, utilisant cinq cellules solaires biologiques et leurs bactéries photosynthétiques. Ce dispositif a été soumis à des tests pour évaluer sa capacité à capturer le dioxyde de carbone et à générer de l’oxygène.

La production d’électricité, actuellement d’environ 140 microwatts, est considérée comme un avantage secondaire. Cependant, le professeur Choi ambitionne d’améliorer cette technologie pour atteindre une puissance minimale supérieure à 1 milliwatt. L’intégration d’un système de stockage d’énergie, tel que des batteries lithium-ion ou des supercondensateurs, est également envisagée.

Principe de fonctionnement des plantes artificielles cyanobactériennes pour la capture et l'utilisation du carbone à l'intérieur. a) Une plante artificielle convertissant le CO2 capturé en O2 et en bioélectricité pendant la photosynthèse. b) Une plante artificielle utilisant la lumière, l'eau et les nutriments de l'intérieur pour convertir le CO2 en O2, améliorant ainsi la qualité de l'air intérieur. c) Une photographie de la feuille artificielle de la plante, montrant cinq cellules biosolaires attachées à une tige. Les cellules sont connectées électriquement à l'extérieur de la tige, qui transporte les fluides. d) Illustration schématique de la cellule biosolaire, composée d'une anode infusée de cyanobactéries, d'une cathode et d'une membrane d'échange d'ions. Les cyanobactéries électrogéniques produisent de l'électricité pendant la photosynthèse. (AC : charbon actif). — Principe de fonctionnement des plantes artificielles cyanobactériennes pour la capture et l’utilisation du carbone à l’intérieur. a) Une plante artificielle convertissant le CO2 capturé en O2 et en bioélectricité pendant la photosynthèse. b) Une plante artificielle utilisant la lumière, l’eau et les nutriments de l’intérieur pour convertir le CO2 en O2, améliorant ainsi la qualité de l’air intérieur. c) Une photographie de la feuille artificielle de la plante, montrant cinq cellules biosolaires attachées à une tige. Les cellules sont connectées électriquement à l’extérieur de la tige, qui transporte les fluides. d) Illustration schématique de la cellule biosolaire, composée d’une anode infusée de cyanobactéries, d’une cathode et d’une membrane d’échange d’ions. Les cyanobactéries électrogéniques produisent de l’électricité pendant la photosynthèse. (AC : charbon actif).

Le chercheur a déclaré : «Je souhaite pouvoir utiliser cette électricité pour charger un téléphone portable ou pour d’autres applications pratiques.»

Perspectives d’amélioration et applications futures

Les améliorations futures de cette technologie pourraient inclure l’utilisation de plusieurs espèces de bactéries pour assurer une viabilité à long terme. Le développement de systèmes minimisant l’entretien, tels que des dispositifs d’approvisionnement en eau et en nutriments, est également envisagé.

Le professeur Choi a conclu avec optimisme : «Moyennant quelques ajustements, ces plantes artificielles pourraient être intégrées dans chaque foyer. Les bénéfices de cette idée sont aisément perceptibles.»

Cette innovation pourrait représenter un progrès significatif dans le domaine de la purification de l’air intérieur, offrant une solution à la fois efficace et durable pour améliorer la qualité de vie dans les espaces clos.

Mécanisme de gestion des nutriments et de l'eau. a) Deux mécanismes : la transpiration et la capillarité. b) Taux de transpiration de l'anode d'hydrogel. c) Images chronologiques montrant l'écoulement de l'encre rouge par capillarité dans la plante artificielle. — Mécanisme de gestion des nutriments et de l’eau. a) Deux mécanismes : la transpiration et la capillarité. b) Taux de transpiration de l’anode d’hydrogel. c) Images chronologiques montrant l’écoulement de l’encre rouge par capillarité dans la plante artificielle.

Légende illustration : Le professeur Seokheun « Sean » Choi et Maryam Rezaie, étudiante en doctorat, ont mis au point des plantes artificielles capables de se nourrir de dioxyde de carbone, d’émettre de l’oxygène et même de produire de l’énergie. Crédit photo : Fourni.

Article : « Cyanobacterial Artificial Plants for Enhanced Indoor Carbon Capture and Utilization » – DOI: 10.1002/adsu.202400401

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