| Titre : | Contribution à la création d’un prototype d’une biopile Microbienne |
| Auteurs : | zouaouia Mazouzi, Auteur ; Fatima Zohra Adjir, Auteur ; Mokhtar Benreguieg, Directeur de thèse |
| Type de document : | texte imprimé |
| Editeur : | Dr. Moulay Tahar Université Saida, Faculté des Sciences Naturelles et de la Vie, 2023/2024 |
| Format : | 77 p / 29 CM |
| Accompagnement : | CD |
| Langues: | Français |
| Langues originales: | Français |
| Catégories : | |
| Mots-clés: | pile à combustible microbienne ; membrane ; biofilm ; bio anode ; bactérie électro-active. |
| Résumé : |
Les piles à combustible microbienne sont des piles capables de convertir l'énergie
chimique de combustibles organiques, directement en énergie électrique. Dans ces piles, l'oxydation du combustible est assurée par des micro-organismes dits "électro-actifs" qui forment des biofilms à la surface de l'anode et jouent le rôle de catalyseur des réactions électrochimiques. Les travaux qui font l'objet de ce manuscrit ont eu pour objectif de créer un prototype de biopile microbienne à un seul compartiment, aussi simple et économique que possible, en utilisant le lixiviat de fumier de cheval comme source de biocatalyseur. La conception et la mise en matche de cette pile à combustible microbienne, nous a généré une énergie électrique ayant un potentiel qui a atteint la valeur de 40mV. Donc, ce résultat nous a confirmé l'existence d'un biofilm qui a été formé sur la bio anode de la pile. Afin de mettre en évidence la nature de ce biofilm, une analyse microbiologique servant à l'identification de la communauté microbienne électro-chimiquement active associée à l'anode de la biopile, a été entreprise. Les résultats obtenus ont révélé l'existence, dans le lixiviat du fumier de cheval, deux souches bactériennes, à savoir : E coli qui et déjà connu par son pouvoir électro-actif et Providencia rettgeri |
| Note de contenu : |
Introduction
Chapitre I. Généralités sur la technologie des piles à combustible I. Historique………………………………………………………………………...1 I.2. Définition d’une pile à combustible…………………………………………...3 I.3. Principe de fonctionnement…………………………………………….….......3 I.4. Les éléments constituant la pile à combustible…………………………….….4 I.4.1:Les électrodes……………………….………………………………..5 I. 4.2:Les catalyseurs………………………………………………….……5 I.4.2.1:A l’anode..……………………...……………………………..….5 I.4.2.2:A l’anode A la cathode…………..……....…………………….…6 I. 4.2.3:A l’anode L'électrolyte …………………. .....…….….……..…6 I.4.3:Les plaques bipolaires ……………………………..………………….7 I.5. Différents types de pile à combustible…………………………….…….........8 I.5. 1: Pile à combustible à électrolyte polymère (PEMFC) ……...…………….10 I.5. 2:Pile à Combustible Alcaline (AFC)..………… ……..…………..………..10 I.5.3: Pile à Combustible à Acide Phosphorique (PAFC)… ……………….. .11 I.5. 4: Pile à combustible à carbonate fondu (MCFC)………… ……………12 I. 5. 5:Pile à combustible à oxyde solide (SOFC)…………… …………...….12 I.6. Applications des piles à combustible…………………………………………13 VIITable des matières I.6.1:Applications fixes………………………………………………...………....13 I.6.2:Télécommunications………………………………..………………….....…13 I.6.3:Usines de traitement des eaux usées et de certaines boissons……..…….…...14 I.6.4:Dans le domaine des transports………………….…………….…………...14 I.6.5:Avions……………………………………………………………………..….15 I.6.6:Bateaux…………………………………...………………………………....15 I.6.7:Unités d'alimentation auxiliaires (APU)………………… ……………...15 I.6.8:Alimentation portable……………………………………………………...15 I.6.9:Micro-équipement électrique……………………………………………......15 I.6.10:Dans le domaine des turbines à gaz………………………………………..16 I.7: Les piles à combustible biologiques (PCB)………………..…... ………........17 I.7.1. Généralité……………..………………………….………………........…17 I.7 .2. Fonctionnement……………... …….…….……………….....................17 I.7.3. Types de PCB……………………………………….………………..17 I.8: Notions sur les piles à combustible microbiennes PCMs………….………....17 I.9. Principe de fonctionnement de la pile à combustible microbienne………………....18 I.10.Les mécanismes de Transfert des électrons………………………………………..19 I.10.1. Le transfert direct…………………………………………………….…20 I.10.2. Le transfert indirect des électrons………………………………………23 a) Transfert indirect d'électrons par les médiateurs endogènes ……………23 b) Transfert indirect d'électrons par les médiateurs exogènes……………...23 I.10.3. Transfert d'électrons par l'oxydation d'un produit issu du métabolisme bactérien……………………………………………………………………………….…..25 I.11:Constituants des piles microbiennes………………………………….......….25 A_ Electrodes……….………………...……….……………………………..26 VIIITable des matières B_ Résistance externe…………………………..………………..…...…......26 C_ membrane…………….…….…………………………………..………...26 D_ Anolyte…………………………………………………….........…...…...26 E_ catholyte…………………………………………………………..……..26 Chapitre II. Les Biofilms II.1. Introduction ………………………………………………………………..…27 II.2. Définition ………………………………………………………………….….27 II.3. La formation d’un biofilm ………………………………………………...…27 II.3.1:Attachement initial…………………………..……………….………..…….28 II.3.2:Attachement irréversible…………..……………..……….………...…....….28 II.3.3: La colonisation……………………………..………………………….…..28 II.3.4: Maturation…………………………………………………………….......29 II.3.5: La dispersion du biofilm………………………………………………......29 II.4: Les Facteurs environnementaux et microbiologiques influençant l’attachement microbien et la structure du biofilm……………….…………………………….....29 II.5. Intérêts et avantages du biofilm pour les microorganismes…………………..30 II. 5.1:Les aspects négatifs des biofilms ……………………………………..….31 II. 5.2:Les aspects positifs des biofilms………………………………………….32 II.6. Les biofilms électro actifs (EA)………………………...…… ………………33 II. 6.1: Le transfer intracellulaire………………………………………………33 II. 6.2:Les transferts extracellulaires d’électrons……………………………...33 II.7. Le quorum sensing……………………………………………………..……..35 Chapitre III. Matériel et méthodes III.1. Objectif de travail ………………………………………………..….………36 III.2. Les souches bactériennes. ………………………………………………..….37 IXTable des matières III.2.1:Choix des matériaux, souches et milieu ………………………...…..….…..37 III.2.2:Le milieu …………………………………………..…………...…….….....37 III.3.recherche des souches microbiennes productrice d’électricité………..…..…37 III.3.1.Revivification………………………………..…………..……….…………37 III.3.2:le repiquage……………………………………………………….….….....38 III.3.3: Identification morphologique ….………………………….……………...38 III.3.4: Isolement des souches bactériennes et culture en aérobiose………….....38 III.4. Préparation des bocaux………………………………………...………….…39 III. 5. Préparation des électrodes ……………………………………...……….......39 III.5.1: Le montage nécessite l'utilisation de deux électrodes………………........39 III.6. L’architecture de la pile microbienne Piles à combustible microbienne…....40 III.7. source du biocatalyseur de la biopile microbienne……………….…….…....42 III.8. Préparation du lixiviat………………………….…………………….…..…..42 III.9. Analyse microbiologique ……………………………….…..……………….44 III. 9.1:Isolement des souches bactériennes électro active………..……….44 III.9.2:Purification de souches bactériennes…………….……………….....44 III. 9.3:Identification de souches bactériennes……………………….…….44 III.9.3.1:Aspect macroscopique…………………………………..…....44 III.9.3.2:Aspect microscopique: Coloration de Gram…..………..........45 III.9.3.3:Caractérisation biochimique des isolats…………………......45 III.9.3.3.1: Mise en évidence d'enzyme respiratoire : Catalase..…..45 a) Principe………………...………………………………...…..45 b) Mode opératoire……………………..….…………...……..…45 III.9.3.3.2:Caractérisation des souches par la galerie API 20 E……45 a) Principe……………………………………………………..45 XTable des matières b)Technique de préparation de la galerie……………….…….46 c) Préparation de l'inoculum………………………………….46 d) Inoculation de la galerie………………………………...…47 e)Lecture et interprétation………………………………..….47 Chapitre IV. Résultats et discussion IV.1. Étude macroscopique et microscopique des souches bactériennes…..…….48 IV.1.1.:Étude macroscopique de souche A2………………..…….……….…..48 IV.1.2:Étude microscopique de souche A2………………….…....…………48 IV.1.3:Étude macroscopique de souche Cg_F………………..………………49 IV.1.4:Étude microscopique de souche Cg_F……………...…………………49 IV.2. Résultats obtenu………………………………………………….….……….51 IV.3. Justification des résultats négatifs de l'expérience…………………….…....52 IV.4. lancement de la biopile fonctionnant avec le lixiviat de fumier de cheval..53 IV.5. Etude microbiologique de la biopile fonctionnant avec le lixiviat de fumier de cheval…………………………………………………………………..…………..56 IV.5.1:Isolements et purifications des espèces bactériennes électro- active…………………………………..……………………………..…………….56 IV. 5.2:Caractérisations phénotypiques des isolats…………….…………56 IV.5.2.1:Aspect macroscopique …………………………………..…..56 IV.5.2.2. Aspect microscopique ………………………………………57 a-Résultats de la coloration de Gram pour les colonies vertes en aérobiose………………………………………………………………………...…57 b-Résultats de la coloration de Gram pour les colonies jaunes saumon en aérobiose…………………………………………………………..……….……58 IV. 5.3:Caractéristiques biochimiques des isolats ………………..…...…...58 XITable des matières IV.5.3.1:Mise en évidence d'enzyme respiratoire……………….…58 IV. 5.4:Résultats des plaques API 20 E……………………………..….….59 Conclusion générale…………………………………...…………………………..63 Annexe……………………………………………………………………………………65 Référence Bibliographique………………………………………………………..68 |
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