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Des scientifiques ont découvert enfoui sur les rives boueuses de la rivière Potomac il y a plus de trois décennies : un étrange «organisme sédimentaire» qui pouvait faire des choses que personne n’avait jamais vues auparavant dans des bactéries.

Ce microbe inhabituel, appartenant au genre Geobacter, a d’abord été noté pour sa capacité à produire de la magnétite en l’absence d’oxygène, mais avec le temps, les scientifiques ont découvert qu’il pouvait également fabriquer d’autres choses, comme des nanofils bactériens qui conduisent l’électricité.

Pendant des années, les chercheurs ont essayé de trouver des moyens d’exploiter utilement ce cadeau naturel, et cette année, eurêka ! avec un appareil qu’ils appellent l’Air-gen. Selon l’équipe, leur appareil peut produire de l’électricité à partir de… enfin presque rien.

«Nous fabriquons littéralement de l’électricité à partir de l’air», a déclaré en février Jun Yao, ingénieur électricien de l’Université du Massachusetts à Amherst. « L’Air-gen génère une énergie propre 24h / 24 et 7j / 7. »

L’affirmation peut sembler exagérée, mais une étude récente de Yao et de son équipe décrit comment le générateur à air peut en effet créer de l’électricité avec rien d’autre que la présence d’air autour de lui. Tout cela grâce aux nanofils de protéine électriquement conducteurs produits par Geobacter (G. sulfurreducens, dans ce cas).

L’Air-gen se compose d’un film mince de nanofils de protéines mesurant seulement 7 micromètres d’épaisseur, positionné entre deux électrodes, mais également exposé à l’air.

 

En raison de cette exposition, le film de nanofils est capable d’adsorber la vapeur d’eau qui existe dans l’atmosphère, permettant au dispositif de générer un courant électrique continu conduit entre les deux électrodes.

L’équipe a déclaré que la charge est probablement créée par un gradient d’humidité qui crée une diffusion de protons dans le matériau nanofil.

« Cette diffusion de charges devrait induire un champ électrique de contrepoids ou un potentiel analogue au potentiel de membrane au repos dans les systèmes biologiques », ont expliqué les auteurs dans leur étude.

« Un gradient d’humidité maintenu, qui est fondamentalement différent de tout ce que l’on voyait dans les systèmes précédents, explique la tension de sortie continue de notre dispositif à nanofils. »

La découverte a été faite presque par accident, lorsque Yao a remarqué que les appareils avec lesquels il expérimentait conduisaient l’électricité apparemment tout seuls.

« J’ai vu que lorsque les nanofils étaient en contact avec des électrodes d’une manière spécifique, les appareils généraient un courant », a expliqué Yao .

« J’ai trouvé que l’exposition à l’humidité atmosphérique était essentielle et que les nanofils de protéines adsorbaient l’eau, produisant un gradient de tension à travers l’appareil. »

Des recherches antérieures ont démontré la production d’ énergie hydroélectrique en utilisant d’autres types de nanomatériaux – tels que le graphène – mais ces tentatives n’ont en grande partie produit que de courtes rafales d’électricité, ne pouvant durer que quelques secondes.

En revanche, l’Air-gen produit une tension soutenue d’environ 0,5 volt, avec une densité de courant d’environ 17 microampères par centimètre carré.

Ce n’est pas beaucoup d’énergie, mais l’équipe a déclaré que la connexion de plusieurs appareils pouvait générer suffisamment d’énergie pour charger de petits appareils comme les smartphones et autres appareils électroniques personnels – le tout sans gaspillage et en n’utilisant que de l’humidité ambiante (même dans des régions aussi sèches que le désert du Sahara) .

« Le but ultime est de fabriquer des systèmes à grande échelle », a déclaré Yao, expliquant que les efforts futurs pourraient utiliser la technologie pour alimenter les maisons via des nanofils incorporés dans la peinture murale.

« Une fois que nous aurons atteint une échelle industrielle pour la production de fil, je m’attends à ce que nous puissions fabriquer de grands systèmes qui apporteront une contribution majeure à la production d’énergie durable. »

S’il y a un obstacle à la réalisation de ce potentiel apparemment incroyable, c’est la quantité limitée de nanofils produits par G. sulfurreducens .

La recherche connexe de l’une des équipes – le microbiologiste Derek Lovley, qui a identifié les microbes Geobacter pour la première fois dans les années 80 – pourrait avoir une solution: créer génétiquement d’autres insectes, comme E. coli , pour effectuer le même tour dans des réserves massives.

« Nous avons transformé E. coli en une usine de nanofils de protéines », a déclaré Lovley .

« Avec ce nouveau processus évolutif, l’approvisionnement en nanofils de protéines ne sera plus un goulot d’étranglement pour développer ces applications. »

Les résultats sont rapportés dans Nature .

Une version de cet article a été publiée pour la première fois en février 2020.

Adaptation Terra Projects

source : https://www.sciencealert.com/

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