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Les systèmes électrochimiques microbiens (MET pour « Microbial Electrochemical Technologies ») 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 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 MET sont capables d’échanger des électrons avec les électrodes qu’ils 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 MET est la difficulté à maitriser la formation d’un biofilm performant et stable dans le temps sur les électrodes.

_{Copyright: LBE}

Les MET 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 ou de feutre de carbone 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 conventionnels (Moscoviz et al., 2016). Ces travaux ont ouvert des perspectives très intéressantes sur l’étude du transfert inter-espèces d’électrons qui est un mode d’interaction important que nous étudions et cherchons à modéliser dans les communautés microbiennes anaérobies (Moscoviz et al., 2017 ; Desmond-Le Quéméner et al., 2021 ; Berthomieu et al., 2022).

Références

• Berthomieu, R., Pérez-Bernal, M. F., Santa-Catalina, G., Desmond-Le Quéméner, E., Bernet, N., Trably, E. (2022) Mechanisms underlying Clostridium pasteurianum’s metabolic shift when grown with Geobacter sulfurreducens, Applied Microbiology & Biotechnology, 106, 865-876. DOI:10.1007/s00253-021-11736-7
• Desmond-Le Quéméner, E., Moscoviz, R., Bernet, N., Marcus, A. (2021) Modeling of interspecies electron transfer in anaerobic microbial communities. Current Opinion in Biotechnology. 67, 49-57. DOI: 10.1016/j.copbio.2020.12.019
• Toledo-Alarcón, J., Fuentes, L., Etchebehere, C., Bernet, N., Trably, E. (2021) Glucose electro-fermentation with mixed cultures: a key role of the Clostridiaceae family. International Journal of Hydrogen Energy, 46(2), 1694-1704. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.10.042
• Moscoviz, R., Desmond- Le Quéméner, E., Trably, E., Bernet, N., Hamelin, J. (2020) Novel outlook in microbial ecology: non-mutualistic interspecies electron transfer. Trends in Microbiology. 28 (4), 245-253. DOI: 10.1016/j.tim.2020.01.008
• 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
• 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

Eric Trably, Elie Le Quéméner et Nicolas Bernet