Bioéconomie 5 min
Le Carnot 3BCAR mise sur les électrons pour créer de l’innovation
Le Carnot 3BCAR soutient les projets scientifiques de ses équipes dans le domaine de la bio-électrochimie, en alliant les compétences en chimie et biotechnologies, afin de développer de nouveaux procédés.
Publié le 12 mars 2018
L’électrochimie est une science qui étudie les transformations de la matière à l’échelle atomique induites par le déplacement de charges électroniques. Au sein du Carnot 3BCAR, nous travaillons sur des procédés ou processus mettant en œuvre ces phénomènes électrochimiques tels que l’oxydo-réduction, les réacteurs à induction, les membranes chargées… Plus récemment, tous ces phénomènes revisités dans le champ des systèmes biologiques et des biotechnologies ont donné naissance à la bioélectrochimie qui associe des mécanismes biotiques et abiotiques. Des applications novatrices ont récemment vu le jour, outils d’investigation pour l’étude des biofilms, outil de caractérisation (biocapteurs) ou bien encore procédés de rupture comme la bioélectrosynthèse.
Nous vous présentons plusieurs voies d’exploration et de valorisation de l’électrochimie menées au sein du Carnot 3BCAR.
Des mécanismes innovants pour assurer la dégradation oxydative des lignocelluloses et produire des matériaux fonctionnalisés (projet lignoxyl 2.0)
Les dérivés activés de l’oxygène (ROS) sont des espèces radicalaires impliquées dans les processus naturels de dégradation des lignocelluloses. Ces radicaux présentent une forte capacité oxydative mettant en jeu des phénomènes redox utilisés par la nature pour dégrader les lignines et celluloses. Leur réactivité en fait aussi des catalyseurs intéressants pour créer des entités fonctionnalisées dérivées de biomolécules (acides phénoliques, lignines). Le Carnot 3BCAR a apporté son soutien financier pour comprendre et maîtriser les processus rédox mis en jeu puis pour produire de nouveaux matériaux formés de nanocellulose fonctionnalisés par des lignines ou ses dérivés. Ces assemblages à haute valeur ajoutée et aux propriétés ajustables trouvent des applications dans le domaine des matériaux composites et des revêtements de surface. Actuellement différentes voies de productions de ces nanomatériaux sont explorées : voie chimique par la réaction de Fenton ou voie biotechnologique par l’utilisation d’enzymes photo-activées.
Le réacteur hydrothermal : un réacteur électrochimique pour des procédés innovants de la chimie verte
Le réacteur hydrothermal utilise le mécanisme de chauffage par induction thermique. La présence d’électrolytes conducteurs au sein du milieu réactionnel soumis à des lignes de champs électromagnétiques assure la circulation d’électrons dans le milieu. Cette technologie permet de générer de la chaleur directement au sein du système par transformation de l’énergie électrique en énergie thermique par effet Joule. Elle permet un chauffage très homogène du milieu et elle limite les pertes thermiques. Ce réacteur présente ainsi l’avantage d’intensifier les réactions, tout en se plaçant dans des conditions douces. Cet éco-procédé a déjà été utilisé pour l’extraction d’huiles essentielles et pour augmenter la réactivité chimique d’huiles et dérivés. Un nouveau projet, financé par 3BCAR, explore aujourd’hui la possibilité d’extraire des molécules d’intérêt par cette technologie.
La bioélectrochimie appliquée aux biofilms et à la valorisation des déchets
La maitrise de la formation des biofilms est un enjeu majeur d’amélioration de nombreux procédés industriels : traitement d’effluents, production alimentaire… Au sein du Carnot 3BCAR, différents laboratoire étudient l’organisation des microorganismes sous forme de biofilms dans des milieux de fermentation et cherchent à savoir comment pourraient être avantageusement employés ces biofilms chargés en micro-organismes électriquement réceptifs.
Les processus électrobiochimiques sont aussi exploités via une toute nouvelle technologie appelée élecrosynthèse microbienne (projet Biorare). Biorare a démontré que cette technologie d’électrosynthèse jusqu’ici développée à l’échelle TRL1 pouvait être déployée à l’échelle TRL4 et appliquée à la production de molécules plate-forme pour la chimie verte tout en valorisant des biodéchets. Après 5 années de travail, les partenaires du projet (IRSTEA, CNRS, SUEZ et INRA) sont parvenus à mettre au point un pilote ressemblant à une batterie. Un premier compartiment est alimenté en hydrolysat de biodéchets, il contient une anode sur laquelle est déposé un mix de micro-organismes fermentaires et de micro-organismes électroactifs. L’autre compartiment est composé d’une biocathode à laquelle sont associés des micro-organismes électrophobes alimentés en CO2. En présence de courant électrique, les micro-organismes de la cathode sont capables de produire des molécules d’intérêt (acides carboxyliques, alcools).
L’institut Carnot 3BCAR propose une offre de R&D intégrée et multidisciplinaire en mobilisant les biotechnologies et la chimie verte, composantes de la bioéconomie, pour l’innovation des entreprises dans les domaines des bioénergies, molécules et matériaux biosourcés.