Une nouvelle ressource intarissable permet désormais de produire de l’électricité : l’urine ! Le concept vient de faire ses preuves, puisque le liquide que nous excrétons tous a été utilisé pour charger un téléphone portable et passer un appel. Le système repose sur un élément connu : la pile à combustible microbienne.
Le téléphone de droite a été rechargé par des piles à combustible microbiennes fonctionnant à l'urine (visibles en arrière-plan). Il appelle le portable situé en bas et à gauche de l'image. © Ieropoulos et al., 2013, Physical Chemistry Chemical Physics
Chaque jour, les humains excrètent 38 milliards de litres d’urine. Ne peut-on rien en faire, à l’heure où l’on cherche à valoriser les déchets, et d’autant plus que cette source est intarissable ? Voilà très certainement la question que se sont posée des chercheurs du Laboratoire de recherche de Bristol (BRL, une coentreprise des universités de l’ouest de l’Angleterre et de Bristol), avant d’imaginer puis de tester un nouveau concept qu’ils viennent de présenter dans la revue Physical Chemistry Chemical Physics. Et ça marche !
Ioannis Ieropoulos et ses collègues sont parvenus à produire de l’électricité en utilisant l’urine comme carburant. Ce n’est pas tout : le concept a même été utilisé pour recharger un téléphone portable, suffisamment pour passer un appel et envoyer quelques SMS. Certes, des améliorations sont encore requises avant d’envisager une commercialisation. Sur quoi repose cette technologie ?
En réalité, les tests ont été menés avec deux systèmes différents, dont des piles à combustible microbiennes qui en constituent le cœur. Dans leur région électriquement négative, ces unités renferment des micro-organismes qui dégradent, lorsqu’ils respirent en anaérobiose, desmolécules carbonées (par exemple des sucres), tout en libérant des électrons. Ces charges négatives sont alors récupérées par une anode, et donnent ainsi naissance à un courant. Les MFC (pour Microbial Fuel Cells) ont déjà été évoquées à plusieurs reprises par le passé, car elles sont un moyen alternatif pour produire de l’énergie à partir des eaux usées. En revanche, les faire fonctionner uniquement avec de l’urine est une première ! Revenons sur les dispositifs expérimentaux.
Ce dispositif se compose de six piles à combustible microbiennes pourvues d'un cylindre en céramique et qui fonctionnent à l'urine. Elles sont réparties en deux sous-unités (gauche et droite), chacune étant composée de trois piles placées en cascade. © Ieropoulos et al., 2013, Physical Chemistry Chemical Physics
Pile bactérienne pour moins de deux euros
Le premier système développé par le BRL se compose de 12 cylindres en céramique, qui ont été assemblés en cascade par groupes de trois. Ils forment donc quatre sous-unités électriquement connectées en série, tandis que les trois tubes sont reliés en parallèle. Partiellement composée de fibre de carbone, l’anode se trouve au cœur de ces cylindres poreux de 10,2 cm de long, de 3,5 cm de diamètre extérieur et de 2,5 cm de diamètre intérieur. Pour sa part, la cathode, qui se présente sous la forme de deux couches de peinture riches en particules de graphite, se situe sur la face externe des cylindres. Un filet métallique sert alors de collecteur de charges.
Après avoir reçu des boues anoxiques riches en bactéries, les cylindres ont régulièrement été approvisionnés en urine durant une semaine, sachant qu’ils ont une contenance de 49 ml, mais aucun flux continu n’a été établi. En effet, ce n’est qu’au huitième jour qu’une pompe péristaltique a été connectée au dispositif (débit de 250 µl/min).
Durant les tests, le système en céramique a été utilisé pour recharger une batterie lithium-polymère de 3,7 V et 150 mAh, qui a ensuite fait fonctionner un téléphone Samsung GT-E2121B (qui s’éteint si la différence de potentiel passe sous le seuil de 3,25 V). Deux détails doivent être notés à ce stade : le dispositif est particulièrement bon marché, moins de deux euros de matériau, et sa durée de vie est estimée à plusieurs décennies.
Une charge de 24 h pour 25 mn de fonctionnement et un appel
La densité énergétique des petites piles microbiennes est meilleure que celle des grandes. C’est pourquoi le second dispositif se composait de 24 EcoBot-IV MFC, des piles d’une contenance de 6,25 ml. Elles étaient connectées deux par deux en parallèle, chaque couple étant ensuite placé dans un système en série, de quoi produire une différence de potentiel de 7,2 V. Alimenté en urine, la structure a directement rechargé le téléphone portable, dont la batterie avait cette fois une charge électrique de 1.000 mAh. Après 24 h de charge, le portable est resté allumé 25 mn, durant lesquelles plusieurs SMS ont été envoyés et un appel de 6 mn 20 s effectué.
Les performances affichées sont encore loin d’être impressionnantes, mais elles démontrent la faisabilité du concept. Une telle technologie serait probablement la bienvenue dans les pays émergents. Elle permettrait alors à de nombreuses personnes d’avoir un accès aisé à l’électricité, sans se ruiner pour acheter un combustible.
