Laboratoire de Génie Chimique - Alain BERGEL Contrat Post Doc - Statut Ingénieur de Recherche CNRS – Programme ANR « BactérioPile » Durée du contrat : 16 mois ; septembre 2007- décembre 2008

Ce projet de recherche, réalisé au Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse (LGC), vise à proposer au terme de l’étude un prototype de pile à combustible microbienne. Il s’inscrit dans le cadre du programme ANR « BactérioPile » réunissant trois partenaires le LGC (Toulouse), le CEA (Saclay) et Ugine & Alz Research Center (Isbergues, 62).

1. Présentation du laboratoire d’accueil et de l’équipe BioSyM Ce projet de recherche a été réalisé au Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse. Ce laboratoire est une unité de recherche CNRS, associée à deux universités : l’Université Paul Sabatier et l’Institut National Polytechnique de Toulouse. Le projet de recherche présenté s’inscrit plus particulièrement dans les activités de recherche menées par l’équipe BioSyM dirigée par le Professeur Pierre STREHAIANO. Dans ce département, les activités de recherche s’articulent autour de 5 axes : - Axe 1 : mycotoxines chez Aspergillus et Penicillium. - Axe 2 : filamenteux et métabolites secondaires. - Axe 3 : microorganismes des boissons fermentées. - Axe 4 : traitement d’effluents en bioréacteurs et génotoxicité. - Axe 5 : interfaces matériaux/systèmes biologiques. C’est dans l’axe 5, dirigé par le DR Alain BERGEL, que s’inscrit le projet présenté « Biofilms & Piles à combustible bactériennes ». Il s’intègre dans un Pôle de Recherche National à Implantation Régionale (PNIR) sur le thème des « biofilms » (http://www.biofilms-pnir.org), impliquant 16 universités, le CNRS, le CEA, l’Institut Pasteur et de nombreux partenaires industriels et institutionnels.

2.Problématique et présentation des travaux en cours La colonisation de microorganismes sur des surfaces humides est un phénomène bien connu et souvent redouté car il peut être à l’origine de lourds problèmes industriels et sociétaux : dégradation des installations portuaires, accélération de phénomène de corrosion, contamination des équipements des industries agroalimentaires, des réseaux de distribution d’eau portable, contamination en milieu hospitalier. Pourtant, il y ait un domaine où la mise en place d’un biofilm serait un atout indéniable : les piles à combustible bactériennes.

Les but des expériences, actuellement en cours, est d’utiliser Geobacter sulfurreducens comme modèle d’étude d’organismes électroactifs pour évaluer l’oxydabilité des matériaux. Ce premier volet utilise notamment une méthode permettant de chiffrer le taux de recouvrement des bactéries sur le matériau basé sur l’observation au microscope à épifluorescence. La deuxième partie de ce projet est l’utilisation de ces matériaux en eau de mer en vue de la production de courant électrique.

3. Geobacter sulfurreducens : un organisme électroactif modèle Geobacter sulfurreducens est une souche reconnue pour son aptitude à adhérer sur des métaux et à y réaliser des transferts d’électrons. Le premier volet des expériences actuellement menées réside dans l’utilisation de ce microorganisme pour tester l’oxydabilité des métaux. Pour ce faire, un dispositif expérimental basé sur un montage à trois électrodes à été réalisé comme suit. Le matériau testé, sous forme de coupon (1x2,5cm), sert d’électrode de travail sur lequel va s’effectuer la réduction du fumarate en succinate catalysé par Geobacter sulfurreducens. Ce microorganisme est inoculé dans le réacteur non agité, sous flux continu de N2CO2, après une culture préalable dans des bouteilles en anaérobiose pendant 5 jours. La grille de Platine (ou contre-électrode) joue le rôle d’anode. Enfin, l’électrode Ag/AgCl est utilisée comme électrode de référence. La réaction électrochimique est suivie par deux méthodes : la chronoampérométrie (suivi de I(t) au cours du temps à potentiel imposé de -0,6V) et la voltamétrie cyclique (suivi de It(E) par un balayage de potentiel à un instant t). Les graphiques présentés dans la figure 3 permettent de montrer l’évolution type de chacun des paramètres au cours du temps : la diminution de I(t) et le changement de profil observé en voltamétrie cyclique s’explique par l’activité réductrice de Geobacter sulfurreducens au contact de l’acier. Celle-ci est particulièrement conséquente lorsque le potentiel imposé est de -0,6V. En fin d’expérience, le recouvrement bactérien sur la surface de l’électrode est évalué par microscopie à épifluorescence connecté à un logiciel de traitement d’images.

4. Réalisation d’un prototype de Pile à Combustible bactérienne Le but est d’étudier l’influence du matériau d’électrode sur la production de courant et la colonisation bactérienne en eau de mer eu utilisant les techniques mises en place dans la partie 3.

5. Conclusion sur le travail effectué Intervenant à la suite d’un précédent post-doc, l’objectif de mon travail a été de m’approprier rapidement des nouvelles techniques, tant électrochimiques que microbiologiques. Les résultats n’étant pas assez reproductibles, j’ai dans un premier temps optimiser les conditions de travail afin d’avoir une meilleure reproductibilité dans les résultats. Le travail a ensuite constitué à comparer l’oxydabilité de différents matériaux à optimiser la mise en place d’un biofilm sur des matériaux particuliers.

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