Energie : quand les bactéries entrent en scène

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Une bactérie primitive capable de produire du carburant pour fusées

Une équipe néerlandaise a démontré comment une bactérie primitive a développé un cocktail de protéines capable de produire naturellement une substance utilisée comme carburant dans les fusées.

Voici quelques années, la bactérie Kuenenia stuttgartiensis avait déjà époustouflé les biologistes lorsqu'ils avaient découvert qu'elle savait convertir l'ammonium, un polluant contenu dans l'eau, en azote gazeux, sans avoir recours à l'oxygène.

Ce type de bactéries, dites "annamox", pourraient produire 30 à 50% de l'azote de l'atmosphère terrestre et intéressent vivement les océanologues, climatologues et spécialistes du traitement des eaux usées. Ces derniers les utilisent d'ailleurs désormais dans les stations d'épuration.

L'équipe du Pr Mike Jetten, microbiologiste à l'Université Radboud de Nimègue (Pays-Bas), vient d'expliquer comment K. stuttgartiensis utilisait également l'ammonium pour produire de l'hydrazine (N2H4), un composé chimique utilisé comme carburant dans les fusées.

"Y parvenir n'a pas été facile. Nous avons dû utiliser un grand nombre de nouvelles méthodes expérimentales. Mais nous avons fini par isoler le mélange de protéines responsables de la production d'hydrazine, une mixture d'un rouge ravissant", explique le Pr Jetten dans un communiqué.

"Au début nous n'avons pas réussi à produire de l'hydrazine. Il a fallu que nous rajoutions une protéine supplémentaire qui +capture+ le carburant, et maintenant ça fonctionne", ajoute le chercheur qui publie sa découverte dimanche dans la revue scientifique Nature.

"La Nasa était curieuse de savoir comment on pouvait faire du carburant pour fusées à partir de composés azotés, qu'on trouve en grandes quantités dans l'urine par exemple", poursuit Mike Jetten. "Malheureusement, on n'en produit que de petits volumes, pas de quoi envoyer une fusée sur Mars", tempère-t-il.

Les biologistes néerlandais sont actuellement en train d'étudier plus précisément la structure du cocktail de protéines utilisé par la bactérie et espèrent pouvoir ainsi doper sa production.

L'hydrazine est également utilisée dans des piles à combustibles développées par le constructeur automobile japonais Daihatsu, une technique qui a l'avantage de ne pas nécessiter de métaux rares et coûteux, comme le platine.

Sciences et avenir 02/10/2011

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Dans le cadre de son projet "Microbial Home", la société néerlandaise Philips a développer un concept de luminaire nouvelle génération éclairant grâce à des bactéries bioluminescentes.

La firme néerlandaise Philips semble tenir particulièrement à cœur les problématiques environnementales qui se jouent actuellement sur la planète. Son nouveau projet baptisé "Microbial Home" présente un type d’habitation à l’intérieur de laquelle la consommation d’énergie a été repensée complètement différemment.

A l’intérieur de cette maison du futur, les luminaires assurent l’éclairage non pas au moyen d’électricité ou d’énergie solaire mais à l’aide de bactéries bioluminescentes. Cette lampe biologique, au design ultramoderne, se compose de différentes cellules en verre soufflées à la main dans lesquelles sont logées les microorganismes produisant une lumière verte fluorescente.

Chaque compartiment est relié à la base du réservoir de la lampe par de fins tubes de silicium acheminant du méthane. Ce gaz, essentiel au développement des bactéries, est récupéré au niveau d'un compost formé par les déchets du logis. Ainsi, tant que les nutriments adéquats leur sont fournis, les colonies sont prévues pour perdurer indéfiniment.

le bio-luminaire inventé par Philips (Crédits : Philips)

Si la lumière produite n’est pas assez puissante pour remplacer complètement l’éclairage conventionnel, Philips espère avant tout que le nouveau concept puisse sensibiliser les gens à la quantité de gaspillage d’énergie exploitable au sein de chaque foyer. "Les concepteurs ont le devoir de comprendre l'urgence de la situation, et traduire les besoins de l'humanité en de nouvelles solutions", souligne Clive van Heerden, directeur principal de la conception sur le site de Phillips Design. Il poursuit : "les ampoules écoénergétiques ne nous emmèneront pas bien loin. Il faudra, selon cette société, totalement repenser la manière dont les habitations consomment de l'énergie et la façon dont les communautés partagent leurs ressources".

La société envisage d’ores et déjà un bel avenir pour leur concept de bioluminaire qui pourrait être utilisé notamment pour des bandes d'avertissement disposées sur les trottoirs, les marches, des cinémas, théâtres ou boites de nuit, ou encore pour le marquage routier la nuit.
Maxisciences 01/12/2011

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Une équipe de chimistes de l’Université Stanford, aux États-Unis, a mis au point un protocole consistant à synthétiser du biodiesel à partir de sucres catalysés par la bactérie Escherichia coli.

Des sucres bons marchés et des bactéries intestinales : tel semble être la recette miracle du biodiesel de demain. Des chercheurs de l’Université Stanford ont mis au point un protocole visant à utiliser Escherichia coli pour synthétiser des dérivés d’acides gras, similaires à la gazoline, à partir de glucose.

Une seule limite toutefois au procédé de fabrication : la puissance de catalyse des bactéries n’est pas encore assez puissante pour pouvoir déjà prétendre à faire entrer le produit sur le marché. Pour remédier à ce problème, l’équipe de scientifiques étudie donc en ce moment un moyen de stimuler les bactéries afin de les faire produire de plus grosses quantités de carburant.

"La bonne nouvelle est que le moteur qui fabrique les acides gras dans E. coli est incroyablement puissant. Il est intrinsèquement capable de convertir du sucre en substances similaires à du carburant à une vitesse extraordinaire" souligne Chaitan Khosla, co-auteur de l’étude sur le site de l’Université. Elle poursuit : "La mauvaise nouvelle est que ce moteur est soumis à des contrôles très précis de la cellule".

Un contrôle bactérien pour empêcher les acides gras de nuire

Mais comment fonctionnent ces contrôles cellulaires ? Pour le savoir, les chercheurs ont mené une série d’expériences consistant à isoler les enzymes et autres éléments intervenant dans la synthèse du biocarburant. Une manœuvre visant à étudier le comportement de la chaine de synthèse en dehors de la cellule. Les résultats, publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences, révèlent une augmentation nette de la puissance de fabrication du biodiesel, lorsque les composants du processus métaboliques se trouvent en dehors de la cellule.

Selon les chercheurs, la bactérie E. coli serait capable de freiner la synthèse des acides gras qui, en trop grosses quantités, représentent une nuisance pour son organisme. En développant sa puissance de fabrication, le biodiesel pourrait donc devenir le "pétrole" du futur. En effet, densité énergétique plus élevée que l’éthanol lui offre une longueur d’avance sur tous les biocarburants. "Le biodiesel est plus proche des propriétés chimiques d’un baril de pétrole d’Arabie Saoudite que de n’importe quel autre carburant d’origine biologique" conclut Chaitan Khosla.

Maxisciences 10/12/2011

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Paris (AFP) - La start-up d'écotechnologie française Deinove a annoncé jeudi un net progrès pour son biocarburant de deuxième génération obtenu via des bactéries, avec un triplement de ses rendements en 18 mois.

L'entreprise basée à Montpellier "est parvenue à produire de l'éthanol à 9%", contre environ 3% en septembre 2012, lorsque Deinove avait revendiqué une première mondiale en produisant des biocarburants avec ce nouveau procédé.
 La start-up d'écotechnologie française Deinove a annoncé jeudi un net progrès pour son biocarburant de deuxième génération obtenu via des bactéries, avec un triplement de ses rendements en 18 mois. (c) Afp

"Ces résultats placent Deinove au premier rang de la compétition internationale sur les biocarburants de deuxième génération, issus de la biomasse non alimentaire", se réjouit la société jeudi dans un communiqué.

Alize RP 13/11/2013

Selon l'entreprise, ce rendement dépasse très largement le seuil "permettant d'envisager une exploitation industrielle du procédé". "Aucun autre procédé bactérien de fermentation n'a démontré de telles capacités à ce jour", souligne-t-elle.

Deux étapes restent à valider avant le passage au stade industriel, prévu en 2015, dont une nouvelle campagne d'essais dans des "bioréacteurs" de 300 litres, dont les résultats seront connus avant la fin du premier semestre.

 

trufflecapital 22/11/2013

L'éthanol (plus communément connu sous le nom d'alcool) est un carburant qui se substitue à l'essence. De l'éthanol de première génération, obtenu à partir de canne à sucre, de maïs ou encore de betteraves, est déjà incorporé dans de nombreux pays dans le monde, le Brésil et les Etats-Unis étant les deux principaux producteurs. On produit également des quantités significatives de biodiesel avec le colza ou le palmier à huile.

 Deinove : prix de l'environnement 2013 (les victoires de la réussite) siewebtv 15/12/2013

Mais le bilan environnemental contesté et la pression des agrocarburants sur la demande mondiale en produits alimentaires pousse la recherche et les subventions vers les biocarburants dits de deuxième génération, c'est à dire utilisant de la biomasse non comestible (paille, bois, déchets agricoles, etc.).

De nombreuses technologies s'affrontent pour tenter de parvenir à une production de masse économiquement rentable.


Sciences et avenir 16/1/2014

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Nombreux sont les chercheurs qui travaillent à la conception d’une feuille artificielle capable de reproduire le phénomène naturel de photosynthèse. Une équipe de l’Université de Harvard est allée plus loin. Elle a mis au point une feuille bionique qui permet, avec l'aide de bactéries, de produire un carburant liquide à partir d’énergie solaire.

L’évolution a mis 2,6 milliards d’années à y parvenir. Les équipes de chercheurs de l’université de Havard ont à peine mis plus d’un an et demi... Et leurs résultats ont été publiés en ce début d’année dans les Pnas. Ils ont mis au point un système qu’ils désignent par le terme de feuille bionique. Le procédé utilise une feuille artificielle et des bactéries pour convertir l’énergie solaire en carburant liquide. Le tout avec une efficacité de 1 %, efficacité comparable à celle de la photosynthèse naturelle.

 Depuis des milliards d’années, des organismes vivants exploitent la photosynthèse pour fabriquer de la matière organique à partir de l’énergie du soleil. Ici, des cellules végétales (mousse de Plagiomnium affine) avec des chloroplastes visibles. Ces organites sont le siège de la photosynthèse. Kristian Peters

Au cours de l’évolution, les plantes ont appris à transformer l’énergie solaire pour se nourrir. Plus récemment, les chercheurs ont trouvé le moyen d’exploiter cette énergie. Grâce à des cellules photovoltaïques, ils ont réussi à la convertir en électricité. Mais cette production est intermittente et mal adaptée aux besoins des consommateurs. Car le soleil ne brille pas à la demande. Et comme les moyens de stockage de l’électricité manquent encore d’efficacité et de disponibilité, les scientifiques ont pensé utiliser l’électricité d’origine solaire pour produire de l’hydrogène. Le gaz peut ensuite servir de carburant dans les piles à combustibles. Mais là encore, ils se heurtent à des difficultés de déploiement de la technologie.

Les chercheurs de la Faculty of Arts and Sciences, de la Medical School et du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l’université de Harvard ont donc travaillé sur un système capable de transformer l’énergie solaire en un carburant liquide, à la fois facile à stocker et à utiliser dans les infrastructures existantes. Dans une première étape, leur feuille bionique s’appuie sur l’énergie du soleil et sur un catalyseur métallique pour décomposer de l’eau en oxygène et en hydrogène. Puis l’intervention d’une bactérie permet de réarranger les atomes d’un mélange dioxyde de carbone et d'hydrogène (CO2 et H2) pour obtenir de l’isopropanol, un combustible liquide qui peut servir d’additif à l’essence.

 On peut trouver Ralstonia eutropha dans le sol ou dans l'eau. Cette bactérie est capable de dégrader un grand nombre de composés aromatiques chlorés et de polluants. Elle se présente comme un organisme modèle pour l'oxydation de l'hydrogène. L'hydrogène en effet, peut constituer sa seule source d'énergie. Dr. Bernardo Gonzalez et Danilo Perez-Pantoja, University of California

L’utilisation combinée de catalyseurs inorganiques et d’organismes vivants a permis aux chercheurs de l’université de Harvard de créer une plateforme de synthèse chimique innovante. Des travaux similaires avaient déjà été conduits par le passé mais avec peu de succès. Les uns faisaient appel à des bactéries vivant en milieu anaérobie, difficiles à mettre en œuvre pratiquement. D’autres rencontraient des difficultés à maintenir les réactions dites de dégagement d’oxygène (génération d’oxygène moléculaire) dans un environnement au pH neutre, adapté à la croissance biologique. Des difficultés qu’ils n’arrivaient à lever que par l’emploi de catalyseurs en métaux précieux.

La feuille bionique mise au point par les chercheurs de Harvard, quant à elle, a de quoi séduire par sa simplicité d’utilisation. Pour faire fonctionner la feuille artificielle et obtenir des réactions de dégagement d’oxygène, ils ont employé du phosphate de cobalt (CoPi). Ensuite, ils ont fait appel à une bactérie nommée Ralstonia eutropha. Celle-ci vient se nourrir de l’hydrogène issu de la décomposition de l’eau. Puis, elle utilise du dioxyde de carbone pour se multiplier et produire de l’isopropanol.

L’idée présentée par les chercheurs de Harvard pourrait être reprise pour la production de médicaments et plus exactement de vitamines. Mais la priorité de l’équipe est désormais d’augmenter l’efficacité de la feuille bionique. L’objectif est d’atteindre les 5 %. Un taux de transformation qui peut sembler faible mais qui devient parlant lorsqu’on le compare à l’efficacité de la photosynthèse naturelle dont la moyenne se situe autour de 1 % et qui peut plafonner à 2 % à la bonne saison.


Futura Sciences 12/2/2015