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Thème 3 : Ingénierie des biofilms, énergie, synthèse et corrosion

Contact : barbora Lajoie et Benjamin Erable

Apporter des solutions innovantes pour de nouveaux procédés

Depuis quelques années, les biofilms électro-actifs sont utilisés dans de nouveaux procédés bioélectrochimique de synthèse. Le choix a été fait dès 2009 de s’engager dans cette voie innovante de synthèse et d’afficher le mot clef « synthèse » comme un nouveau « sous-thème ».


Bioréacteurs électrochimiques permettant l’étude fondamentale des interfaces électrodes – biofilms électroactifs.

Favoriser le partage de méthodologies et de protocoles

Energie
- En 2009, a pris fin le projet ANR Bactériopile, coordonné par le département dont l’objectif très appliqué visait l’utilisation de biofilms électroactifs marins pour catalyser les réactions aux électrodes d’une pile microbienne. Un prototype a été développé puis testé et validé sur site en mer pendant 6 mois. De 2008 à 2012, le projet ANR Agri-Elec a proposé la production d’énergie électrique par une pile microbienne couplée à l’intensification d’un procédé de traitement ou de valorisation de déchets.
- Ce projet riche en résultats (2 brevets et 15 publications) a surtout ouvert de nouveaux questionnements scientifiques et clairement identifié les verrous incontournables à lever pour viser un transfert de la technologie. Ces verrous, l’un sur la cathode, l’autre sur l’ingénierie du bioréacteur électrochimique, sont actuellement traités dans deux nouveaux projets ANR. Le projet JCJC Biocathinox démarré en 2011 est un projet fondamental sur la compréhension et l’optimisation des cathodes microbiennes, (réactions électrochimiques de réduction catalysées par des biofilms électro-actifs). Le projet BioElec (BioME 2013), basé sur une approche de type ingénierie, propose de coupler les concepts de cathode à diffusion gazeuse et de cathode microbienne pour lever l’obstacle de la faible solubilité de l’oxygène dans l’eau.


Cellules de piles microbiennes à respiration (fabrication : STI LGC).

Synthèse
- Production d’hydrogène par électrolyse microbienne : le projet ANR Défi H12(2009- 2013), coordonné par le département, s’est conclu par la validation expérimentale d’un pilote d’électrolseur microbien développé conjointement avec la jeune société d’ingénierie 6T-Mic.
- Sur l’électrosynthèse microbienne, l’équipe est engagée depuis 2011 dans un projet d’Investissement d’Avenir piloté par l’Irstea et Suez Environnement sur la mise en oeuvre de biofilms électro-actifs pour la synthèse directe de biomolécules (produits chimiques ou molécules plateformes) à partir d’électricité et/ou de CO2. Notre premier résultat marquant concernait la synthèse de glycérol à partir de CO2 en utilisant comme catalyseur un biofilm électroactif de Geobacter sulfureducens sur des électrodes en acier inoxydable. Ces résultats ont été protégés par un brevet en 2012 puis publiés en 2013[2]. Une toute autre partie des travaux concerne la biosynthèse d’antibiotiques assistée par électrochimie. Ce projet novateur est en phase de démarrage, il constitue une transversalité avec les thèmes biofilms, santé et fermentation du département BIOSYM. Il a reçu en 2012 le soutien financier du LGC sous la forme d’un projet PLUS.

Corrosion
- L’étude des phénomènes de biocorrosion est très pluridisciplinaire. Ainsi pour structurer et défragmenter ce domaine au niveau européen, un réseau de formation Marie-Curie (FP7-PEOPLE-ITN-2008) intitulé ‘BIOCOR Initial Training Network’ a vu le jour en septembre 2009 sous la coordination du département, rassemblant 18 équipes académiques et industrielles de 9 pays européens.
- L’objectif principal était de rechercher des espèces microbiennes, autres que les bactéries sulfato-réductrices (BSR), pouvant intervenir sur la corrosion des matériaux. Il a été démontré pour la première fois que des espèces bactériennes de type Geobacter sp pouvait être des promoteurs ou des inhibiteurs de corrosion.
- Depuis 2011, un nouveau projet collaboratif a été démarré avec l’Andra sur les aspects de la biocorrosion dans les colis de stockage des déchets radioactifs (corrosion des fûts en acier).


Observation en microscopie électronique à balayage (MEB) d’un biofilm microbien ayant colonisé la surface d’une électrode en carbone. (Appui technique : M.-L. De Solan).