Trois litres d’eau…

… potable purifiée par jour et par personne

Ce n’est pas grand-chose. Mais lorsque l’eau potable est rare, cela peut suffire. Surtout lorsqu’on fait partie d’une population assez pauvre vivant au bord de l’océan.
Si cette population était riche, elle utiliserait une des méthodes de désalinisation de l’eau de mer. Il y en a beaucoup. Notamment, les systèmes de distillation solaire thermique, conçus avec des capteurs solaires thermiques, séparés physiquement et des modules de distillation à membrane. Cette conception pourrait être déployée de façon bénéfique sur les toits des bâtiments résidentiels et commerciaux, des bâtiments qui nécessitent un approvisionnement continu en eau potable et en eau chaude domestique.
Mais comme dit, à Icapui, petite ville au nord-est du Brésil (État du Ceará), de près de 30’000 habitants, on n’est guère riche.  De l’eau pure, il n’y en a guère. Et il faudrait en purifier.

L’évolution d’une découverte : La pile à combustible microbienne

Cette pile est fondée sur le métabolisme de respiration des systèmes vivants. C’est Michael C. Potter, professeur à l’université de Durham, qui fut le premier à observer la production d’électricité par des microbes en 1911 (C’est ce que nous apprenait déjà en 2011 l’Institut technologie du vivant faisant partie de la Haute Ecole d’ingénierie de la HES-SO Valais-Wallis. Cet institut accomplit des missions de recherche appliquée). Or, ce n’est que vers les années 80 du siècle dernier que les piles à combustible microbiennes ont vraiment suscité l’intérêt des scientifiques. L’immense potentiel de cette technologie n’est cependant guère reconnu que depuis l’an 2000. De fait, les piles à combustible microbiennes génèrent de l’électricité à partir de la biomasse. Cette technologie peut être employée dans les stations d’épuration des eaux usées, dans les zones urbaines, ainsi que dans l’industrie chimique et biochimique qui produit des déchets organiques. Elle semble particulièrement bien adaptée pour le traitement des eaux usées des entreprises de production vinicole et alimentaire. Elle peut en outre s’avérer intéressante pour la transformation des déchets verts en électricité renouvelable dans les bioraffineries.

Pourquoi n’est-elle pas utilisée à Icapui ? Mystère et boule de gomme. Les piles à combustible microbiennes pourraient du reste aussi être utilisées pour générer des électrons et des protons en vue de la réduction électrochimique. Il s’agirait de remobiliser le phosphate à partir des boues d’épuration en vue de produire de l’engrais. Il semble toutefois que ni la Chine, ni le Maroc ni même les États-Unis d’Amérique qui sont pourtant les trois principaux pays producteurs de phosphate (ils assurent plus de 75 % de la production mondiale), ne s’y sont intéressés sérieusement jusqu’à ce jour.

Comment fonctionne une pile à combustible microbienne?

Comme une digestion! Les micro-organismes dégradent la matière organique et cette digestion produit des électrons. Les microbes transfèrent leurs électrons sur l’anode par différentes voies : par des médiateurs, des pili, pendant des collisions. Ce transfert se fait aussi fréquemment par contact permanent (biofilms notamment). Dans la cathode, les protons et les électrons se lient à l’oxygène pour produire de l’électricité. Après cette combustion froide, l’eau est le seul déchet qui reste. Autrement dit, cette énergie est extraite de microbes sous forme de protons et d’électrons, puis est transformée en électricité.

Une source d’énergie faible, mais polyvalente

Depuis des années, les scientifiques continuent de plancher pour trouver des matériaux permettant d’avoir un échange optimal entre l’électrode et les bactéries. Ainsi en 2011, l’Union européenne a financé un projet intitulé PlantPower, dont la production d’énergie reposait sur les bactéries puisant leurs éléments nutritifs sur la racine des plantes. Les chercheurs ont surtout planché sur une protéobactérie à Gram négatif nommée Geobacter sulfurreducens. Elle possède une paroi cellulaire riche en lipopolysaccharides et pauvre en peptidoglycanes. C’est une espèce intéressante, car elle est capable de réduire les métaux et le soufre. Elle peut donc former des biofilms de plus de 50 μm d’épaisseur et sait convertir l’acétate en électricité. Malheureusement, malgré mes investigations, il semblerait que les recherches sur PlantPower n’ont pas été divulguées. Je sais bien que réfléchir prend du temps et implique une immense dépense d’énergie. Mais pour le grand public, il y près de 9 ans que tout est silencieux en la matière.

Quel avenir?

Nul doute que la technologie des piles microbiennes sera prochainement, ou est déjà utilisée en vue de produire de l’électricité issue de déchets biodégradables et d’eaux usées. On prétendait il y a quelques années que les piles microbiennes pourraient certainement contribuer à restaurer de sols contaminés (des millions de km2). D’une importance vitale aux USA notamment. Et surtout d’assainir l’eau (surtout en Afrique). C’est chose faite aujourd’hui, car des ingénieurs de l’université de Bath, une des plus récentes universités et très bien cotée de Grande-Bretagne, ont mis au point un dispositif qui puise de l’électricité dans le sol. Partant du principe que l’activité microbienne produit des électrons, ils ont développé une pile à combustible composée d’une anode plantée dans le sol et d’une cathode située à l’air libre. C’est tout là l’astuce de ces inventeurs. Il suffisait d’y penser.

Ces trouveurs se sont attelés à ce que je prône depuis l’an 2000: il faut se focaliser sur ce qui a un sens! Car vivre avec bonheur, surtout en 2020, nécessite plus d’imagination que jamais. Certes, la production électrique est faible, mais l’association de plusieurs dispositifs permet de traiter 3 litres d’eau par jour. Suffisamment pour couvrir les besoins quotidiens indispensables d’une personne. Cette pile a été testée dans une école de la petite ville d’Icapui. Pourquoi si loin? Je ne suis pas en mesure de vous le dire. Mais on connaît l’objectif final : apprendre aux élèves à construire de telles piles. Et surtout à en assurer la maintenance. Ce serait rendre service à toute l’humanité en stress hydrique.

Le stress hydrique
Le stress hydrique, c’est quand la demande en eau dépasse les capacités hydriques d’une région. 17 pays sont considérés comme proches du « jour zéro », jour où toutes les réserves en eau seront épuisées : quasiment tous les pays du Moyen Orient, ainsi que le Pakistan, le Turkménistan, la Libye, le Botswana et l’Inde.

Pour en savoir plus, voir :
https://fr.euronews.com/2019/08/07/un-quart-de-la-population-mondiale-manque-d-eau
https://www.firstpost.com/tech/science/quarter-of-the-worlds-population-is-under-extreme-water-stress-says-wri-report-7117071.html?utm_source=twitter&utm_medium=worldresources&utm_campaign=socialmedia
https://www.wri.org/resources/charts-graphs/water-stress-country#:~:text=Our%20analysis%20finds%20that%2037,industrial%20users%20is%20withdrawn%20annually.