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Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement

Systèmes bioélectrochimiques microbiens et électro-fermentation

Les systèmes bio-électrochimiques microbiens (BES pour « bioelectrochemical systems ») sont des procédés électrochimiques dans lesquels la réaction d’oxydation à l’anode et/ou de réduction à la cathode est catalysée par des microorganismes. L’exemple emblématique de ces nouveaux procédés est la pile à combustible microbienne (MFC pour « microbial fuel cell ») qui permet de coupler le traitement d’effluents organiques à la production d’électricité. Au-delà, les applications potentielles de ces procédés sont très diverses, de la production d’H2 à celle de molécules plateformes pour la chimie, d’où l’intérêt croissant dont fait  l’objet cette thématique depuis une quinzaine d’années.

Les microorganismes catalysant les réactions dans les BES sont capables d’échanger des électrons avec les électrodes qu’elles utilisent comme accepteur d’électrons dans le cas de réactions d’oxydation à l’anode, ou comme donneur d’électrons dans le cas de réactions de réduction à la cathode. Ils sont le plus souvent structurés en biofilms sur l’électrode et sont qualifiés d’électroactifs. Un des facteurs limitant dans les BES est la difficulté à maitriser la formation d’un biofilm performant et stable dans le temps sur les électrodes.

BES

Copyright: LBE

Les BES sont utilisés au LBE comme modèles d’études des interactions microbiennes et pour le développement de stratégies d’éco-ingénierie des écosystèmes microbiens.

Nous nous intéressons notamment à la formation du biofilm sur des électrodes de graphite à travers le choix et la préparation de l’inoculum en fonction de la réaction à catalyser et des conditions opératoires, le développement de stratégies d’enrichissement ou encore la reconstruction de biofilms à partir de souches pures. Dans le cas de substrats complexes, il est également important d’étudier les interactions entre le biofilm et la communauté planctonique.

Un développement récent de ces travaux est l’électro-fermentation dans laquelle des électrodes polarisées sont utilisées pour orienter et contrôler des procédés de fermentation qui ont lieu dans le milieu réactionnel et pas sur les électrodes comme dans le cas des BES (Moscoviz et al., 2016). Ces travaux ouvrent également des perspectives sur l’étude du transfert inter-espèces d’électrons (Moscoviz et al., 2017).

Références

  • Moscoviz, R., de Fouchécour, F., Santa-Catalina, G., Bernet, N., Trably, E. (2017) Cooperative growth of Geobacter sulfurreducens and Clostridium pasteurianum with subsequent metabolic shift in glycerol fermentation. Scientific Reports, 7, 44334. DOI:10.1038/srep44334
  • Moscoviz, R., Toledo-Alarcon, J., Trably, E., Bernet, N. (2016) Electro-fermentation: how to drive fermentation using electrochemical systems. Trends in Biotechnology, 34(11), 856-865. DOI:10.1016/j.tibtech.2016.04.009
  • Pierra, M., Carmona-Martínez, A.A., Trably, E., Godon, J.J., Bernet, N. (2015) Specific and efficient electrochemical selection of Geoalkalibacter subterraneus and Desulfuromonas acetoxidans in high current-producing biofilms. Bioelectrochemistry, 106, 221-225. DOI:10.1016/j.bioelechem.2015.02.003.
  • Pierra, M., Carmona-Martínez, A.A., Trably, E., Godon, J.J., Bernet, N. (2015). Microbial characterization of anode-respiring bacteria within biofilms developed from cultures previously enriched in dissimilatory metal-reducing bacteria. Bioresource Technology, 195, 283-287. DOI:10.1016/j.biortech.2015.07.010
  • Carmona Martinez, A., Trably, E., Milferstedt, K., Lacroix, R., Etcheverry, L., Bernet, N. (2015). Long-term continuous production of H2 in a microbial electrolysis cell (MEC) treating saline wastewater. Water Research, 81, 149-156. DOI : 10.1016/j.watres.2015.05.041

Contact

Nicolas Bernet et Eric Trably