Les matériaux conducteurs de nos appareils électroniques sont nocifs pour l'environnement. Robin Bonné souhaite les remplacer par des micro-organismes biodégradables.
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Cela a dû être un spectacle étrange :sur la plage de l'Escaut oriental en Zélande, cinq physiciens, enveloppés de la tête aux pieds dans des combinaisons en caoutchouc, sortent d'une camionnette. Ils marchent le long de la ligne de flottaison et s'arrêtent parfois à une piscine malodorante. Essayant de ne pas s'enfoncer dans la boue perfide, ils sortent leurs bocaux.
'Les bactéries fonctionnent comme un transistor, l'unité de base de toute électronique' Robin Bonné
«Les bactéries dites du câble se développent dans cet environnement riche en soufre», explique Robin Bonné (UHasselt), qui a pataugé dans les piscines. «Ce sont des créatures allongées composées de milliers de cellules. Avec le bas de leur corps, ils s'assoient dans la boue du fond marin et avec le haut, ils atteignent l'eau. En bas, ils extraient le soufre nutritif des sédiments, en haut, ils extraient l'oxygène.'
Lorsque les chercheurs danois ont découvert la bactérie en 2012, ils se sont principalement concentrés sur la structure bizarre des micro-organismes. Ce n'est que plus tard que la confirmation est venue que les créatures étaient spéciales pour une autre raison. Juste sous leur peau se trouve un ingénieux réseau de fibres de 50 nanomètres d'épaisseur. Ils les utilisent pour transporter les électrons du soufre à travers leur corps. C'est finalement une équipe de chercheurs belges et hollandais, dont Bonné, qui a pu démontrer que la bactérie peut conduire l'électricité par elle-même, d'un côté à l'autre de son corps.
Depuis lors, Bonné a recherché comment utiliser les bactéries du câble dans les appareils électroniques. Avec cela, il veut s'attaquer au problème croissant des déchets électroniques. "Nous utilisons actuellement du cuivre ou de l'argent dans nos smartphones et autres appareils pour conduire l'électricité. En fin de compte, ces métaux se retrouvent dans la montagne de déchets électroniques avec nos appareils mis au rebut. Il croît annuellement de 50 millions de tonnes. Un cinquième de cela peut être recyclé, le reste – y compris les métaux – ne le peut pas. J'espère que nous pourrons remplacer ces métaux par des bactéries biodégradables. Si nous réussissons, nous nous rapprocherons d'un avenir dans lequel nous pourrons simplement jeter notre ancien smartphone dans le bac à compost. »
Pour savoir dans quelle mesure les bactéries du câble conduisent l'électricité, Bonné a dû effectuer des mesures en laboratoire. Il a pris les spécimens qu'il avait recueillis sur l'Oosterschelde et les a placés dans une atmosphère d'azote. « Il fallait faire vite :on s'est aperçu que le signal électrique baissait de façon exponentielle dès que les bactéries étaient exposées à l'air extérieur. Au bout de dix minutes, il n'y avait plus rien à mesurer. Mais nous avons obtenu des résultats dans le milieu azoté :les bactéries se sont révélées être de très bons conducteurs."
Les organismes ne fonctionnent pas aussi bien qu'un métal - le cuivre et l'argent prennent toujours le dessus. «On pourrait considérablement améliorer les propriétés des bactéries en les modifiant génétiquement», déclare Bonné, «mais nous n'en sommes pas encore là.» Ce qui plaide en faveur de la bactérie, c'est qu'elle résiste bien au froid extrême. « Contrairement aux métaux, ils continuent également à bien conduire à -200 degrés. Cela ouvre la porte à des applications dans l'aérospatiale."
Ce ne serait pas la première fois que des structures organiques seraient incorporées dans des appareils électroniques. Les écrans de nombreux téléviseurs, smartphones et autres appareils contiennent des OLED :des molécules organiques qui émettent de la lumière lorsque le courant passe à travers. Certains panneaux solaires ont des cellules solaires organiques. "Avec ces technologies, la conduction du courant fonctionne à peu près aussi bien qu'avec les bactéries du câble", explique Bonné.
Mais peu à peu, Bonné a découvert que les bactéries du câble avaient une astuce supplémentaire. « Lors de tests, nous avons vu que nous pouvions envoyer plus ou moins de courant à travers leur corps. Cela signifie que nous pouvons utiliser les bactéries dans un appareil électronique comme interrupteur électrique qui allume et éteint l'alimentation. Il fonctionne donc de la même manière qu'un transistor, l'unité de base de toute électronique." Les bactéries des câbles peuvent rendre le cœur informatique de nos appareils électroniques biodégradable.
Le premier smartphone ou ordinateur portable avec des bactéries de câble n'a pas encore été construit. Il n'y a pas de plans concrets pour cela pour le moment. "Nous ne savons toujours pas exactement comment le courant se déplace d'un côté à l'autre dans le corps de l'animal", explique Bonné. «On peut également se demander comment et dans quelle configuration nous traiterions les bactéries dans les appareils électroniques. C'est un problème pour les ingénieurs.'
De nombreuses pièces d'appareils électroniques sont déjà biodégradables. En plus des métaux et des semi-conducteurs, un smartphone ou un ordinateur portable contient également d'autres matériaux, dont beaucoup de plastique et de colle. Des alternatives biodégradables circulent déjà pour cela. « Il n'est pas si difficile de fabriquer une veste écologique pour un appareil. C'est ce qu'il y a en dessous, cet ensemble compliqué de fils et de contacts, qui cause des problèmes.'
Petit à petit, ces problèmes sont résolus. Le groupe de recherche dans lequel Bonné a écrit son doctorat travaille avec diligence sur le développement d'un circuit électronique entièrement biodégradable. Les chercheurs veulent concevoir un concept de travail entièrement biodégradable. "Alors nous pourrons prouver qu'un smartphone compostable n'est pas cassé."
Des biologistes sont également impliqués dans ce travail. "Ils cherchent des moyens d'extraire les fibres pertinentes des bactéries du câble et d'en faire une culture", explique Bonné. « Ce serait d'une grande aide si nous pouvions simplement les cultiver en laboratoire. Alors au moins nous n'aurons pas à creuser dans des flaques de boue puantes de temps en temps.'
Le physicien Robin Bonné (1992) a obtenu son doctorat en 2020 au X-LAB, un groupe de recherche affilié à l'Université de Hasselt. Pour ses recherches sur les bactéries des câbles électriquement conductrices, il a collaboré avec des biologistes affiliés à l'Université d'Anvers et à l'Université d'Aarhus au Danemark, où il s'est rendu à plusieurs reprises. En 2018, il était le plus jeune chercheur à donner une conférence sur les bactéries dans les stations d'épuration pour l'Université de Flandre.
