Planète

Énergie : des virus pour produire de la piézoélectricité

ActualitéClassé sous :développement durable , source d'énergie , éolienne

Les virus font dès aujourd'hui partie des ressources exploitables pour produire l'électricité de demain. Des chercheurs ont tiré profit des propriétés piézoélectriques de bactériophages M13 pour produire du courant... et faire flasher un écran LCD. 

L'électricité utilisée pour faire flasher ce chiffre 1 est fournie par des virus bactériophages. Ils sont pris en sandwich entre deux électrodes recouvertes d'or et soumis à une pression effectuée par le doigt de l’opérateur. Des virus seront-ils bientôt intégrés dans nos sols, nos chaussures ou nos sièges de bureau pour alimenter nos appareils électroniques ? © Berkeley Lab

Les idées prolifèrent lorsqu'il s'agit de trouver de nouvelles sources d'énergie. Des éoliennes ou des cellules photovoltaïques de plus en plus efficaces sont développées pour exploiter au mieux les énergies éoliennes et solaires. Une autre source d'électricité est trop souvent négligée : nos mouvements quotidiens. Ils sont déjà exploités, par exemple dans des discothèques, mais les technologies actuelles ne sont pas facilement miniaturisables et donc pas adaptées à notre quotidien.

Plusieurs matériaux, dits piézoélectriques, se polarisent lorsqu'ils sont soumis à des contraintes mécaniques, et pourraient être utilisés pour produire de la piézoélectricité. Les cristaux de quartz, des céramiques de structures tungstène-bronze ou des polymères synthétiques tels que le polyvinylidine difluoride en sont de parfaits exemples. Cependant, ils sont souvent difficiles à maîtriser, coûteux et surtout toxiques. Leur utilisation est donc limitée et peu applicable aux nouvelles technologies ou aux nanotechnologies.

Des chercheurs menés par Seung-Wuk Lee, du Lawrence Berkeley National Laboratory (LBL), viennent de s'affranchir de tous ces problèmes en utilisant pour la première fois un matériel piézoélectrique d'origine biologique : des virus. Des tests ont déjà été réalisés. Le simple fait d'appuyer sur un générateur de la taille d'un timbre poste permet d'afficher le chiffre « 1 » sur un écran à cristaux liquides. Cette découverte, présentée dans la revue Nature Nanotechnology, mérite bien quelques explications.



La première partie de la vidéo présente le principe et la conception du générateur de courant à virus conçu par les chercheurs du Berkeley Lab. Cette technologie repose sur les propriétés piézoélectriques des bactériophages M13, totalement inoffensifs pour l’Homme. La seconde partie de la vidéo présente le dispositif en action. Deux unités d’un centimètre carré sont utilisées pour alimenter, successivement puis ensemble, un écran LCD. © Berkeley Lab

Des bactériophages qui s'autoassemblent

Les virus en question sont des bactériophages M13. Ils s'attaquent donc aux bactéries et non à l'Homme. Leur forme en bâtonnet leur procure un avantage de taille : ils s'autoassemblent automatiquement pour former des films uniformes. De plus, ils sont très faciles à obtenir puisqu'ils peuvent se répliquer par millions en seulement quelques heures. Mais sont-ils piézoélectriques pour autant ? 

Un film de virus, observé grâce à un microscope, a été soumis à un courant électrique. Les quelque 2.700 protéines de surface recouvrant chaque entité biologique ont alors changé de forme, répondant ainsi aux attentes des chercheurs. En effet, un matériau piézoélectrique se déforme lorsqu'il est traversé par de l'électricité.

Le bactériophage M13 (représenté à gauche sur ce schéma) mesure 880 nanomètres de long et présente un diamètre de 6,6 nanomètres. Il est recouvert de 2.700 protéines chargées (à droite ; coat proteins). Leur déformation grâce à un procédé mécanique permet de générer du courant. Vu ses dimensions, ce matériel d'origine biologique pourrait être utilisé pour concevoir des nanogénérateurs. © Berkeley Lab

Recharger son portable en marchant ?

Les protéines ont par la suite reçu, grâce à de l'ingénierie génétique, quatre groupements aminés à leur extrémité négative, l'objectif étant d'augmenter la différence de charge entre les deux pôles de chaque chaîne polypeptidique hélicoïdale. Les chercheurs ont poursuivi leurs efforts et sont arrivés à déposer jusqu'à vingt couches de virus les unes sur les autres, dopant ainsi la puissance du générateur. Des électrodes recouvertes d'or et mises au contact des bactériophages se chargent de transférer le courant généré. Une simple pression permet alors de produire de l'électricité.

Les recherches ne font que débuter dans ce domaine, mais le potentiel entrevu n'est pas négligeable. Chaque phénomène vibratoire rencontré dans notre quotidien pourrait ainsi devenir une source de courant. Voici quelques chiffres pour conclure : un générateur d'un centimètre carré produit un courant d'une tension de 400 mV, soit le quart d'une pile AAA, et d'une intensité de 6 nanoampères.