Etude de la catalyse enzymatique par couplage microscopie-électrochimie

tude de la catalyse enzymatique par couplage microscopie-électrochimie : application aux biopiles à combustible H2/O2
Laboratoire de Bioénergétique et Ingénierie des Protéines
CNRS – Aix-Marseille Université
Financement : Région PACA/HySeas Energie (http://hyseas-energy.com/fr)

Les enzymes sont des macromolécules dont la structure résulte d’une évolution/adaptation sur des millions d’années pour optimiser les processus de biocatalyse nécessaires à la croissance du microorganisme. Leurs activités et spécificités dépassent ainsi les performances de catalyseurs organiques ou inorganiques. Les enzymes redox, qui catalysent des réactions métaboliques cruciales, sont prometteuses comme biocatalyseurs dans des domaines aussi divers que le diagnostic médical, la dépollution ou les énergies renouvelables. Des avancées dans ce domaine requièrent des approches multidisciplinaires combinant biochimie, chimie des matériaux et électrochimie. Ce projet de thèse s’appuie sur cette multidisciplinarité pour investiguer, déterminer et remédier aux principales limitations des performances des enzymes redox comme biocatalyseurs dans des procédés type biopile à combustible. A terme, il est prévu un démonstrateur, sur la base du cahier des charges établi avec le partenaire Hyseas-Energie. Les biopiles fonctionnent comme des piles à combustible à membrane échangeuse de protons, non génératrices de gaz à effet de serre, mais avec l’avantage de ne pas utiliser de platine, peu disponible et coûteux. De plus, la spécificité du biocatalyseur comparée à celle du platine, autorise l’utilisation de gaz non purifié, tel l’hydrogène issu de la biomasse. Les derniers résultats obtenus dans notre laboratoire ont montré que les courants de catalyse pouvaient atteindre l’A/mg d’enzymes, soit des valeurs très compétitives par rapport au platine. Cependant, plusieurs verrous limitent la compréhension et donc l’optimisation des biopiles. Au niveau des électrodes individuelles qui composent les deux bornes de la biopile se posent les questions de l’homogénéité de la distribution de l’enzyme et de la catalyse, mais également de la pénétration de l’enzyme dans les milieux poreux indispensables à l’amélioration des performances. Au niveau du dispositif complet, les mécanismes de transferts de protons liés à la circulation du courant électrique doivent être éclaircis. L’originalité du travail de thèse sera d’utiliser une méthode novatrice reposant sur le couplage entre l’électrochimie et la microscopie de fluorescence pour étudier ces aspects dans le cadre de la biocatalyse d’oxydation de H2 et de réduction de O2 par de nouvelles enzymes résistantes, immobilisées sur des électrodes planes ou dans des matériaux conducteurs (nano)poreux, et dans la totalité du dispositif « biopile ».
Profil recherché : M2 en chimie analytique, électrochimie, chimie du vivant ou physico-chimie ; diplôme d’ingénieur chimiste ou généraliste.
Contacter : Elisabeth Lojou (directrice de thèse) lojou@imm.cnrs.fr ; 0491164144
Anne de Poulpiquet (co-directrice de thèse) adepoulpiquet@imm.cnrs.fr ; 0491164144