Biophysique Batterie biocompatible inspirée de l'anguille électrique

Des chercheurs de l'Institut Adolphe Merkle (AMI) à l'Université de Fribourg ont développé une batterie biocompatible inspirée de l'anguille électrique. Elle pourrait être utilisée comme source d'énergie pour des pacemakers, capteurs ou prothèses, par exemple.

Des batteries autonomes et tirant leur énergie de l'intérieur d'un système biologique pourraient ainsi devenir réalité, selon ces travaux réalisés en collaboration avec les universités du Michigan et de Californie à San Diego. L'étude a été publiée mercredi dans la revue Nature.

L'équipe de Michael Mayer à l'AMI s'est inspirée du poisson sud-américain communément appelé anguille électrique (Electrophorus electricus), bien qu'il n'appartienne pas à la famille des anguilles. Il est capable de générer jusqu'à 600 volts et 100 watts pour attaquer ses proies ou se défendre, mais peut aussi moduler sa production électrique pour naviguer en eaux troubles ou localiser son prochain repas.

Différence de salinité

L’organe électrique de l’anguille est composé de longues et fines cellules, les électrocytes, qui s’étendent sur 80% de la longueur de son corps. Contrôlées par le système nerveux, elles génèrent une faible tension en permettant aux ions de sodium de se précipiter à l’intérieur de la cellule et aux ions de potassium d’en sortir.

Les chercheurs ont donc conçu une source d’énergie reposant sur le même principe. Elle génère de l’électricité basée sur la différence de salinité entre des compartiments d’eau douce et d’eau salée séparés par des membranes sélective d’ions.

Placer ces compartiments et ces membranes en séquences répétées des centaines de fois – un peu comme les batteries d’une lampe torche – permet de générer jusqu’à 110 volts, simplement à partir de sel et d’eau.

Origami électrique

Chaque composant de cette source d’énergie est fabriqué à partir d’un hydrogel, une cage en polymère d’apparence solide, qui contient de l’eau et laisse passer les ions salés. Ces composants peuvent être assemblés sur des pellicules de plastique transparent en utilisant une imprimante 3D.

Comme chez l’anguille électrique, la source d’énergie est constituée de compartiments individuels de petite capacité. Le poisson génère la tension grâce à son système nerveux, tandis que la batterie met toutes les cellules imprimées en contact simultanément, grâce à une technique de pliage de la pellicule imprimée.

Les résultats sont toutefois encore loin d’atteindre les capacités de l’anguille, indique l'Université de Fribourg dans un communiqué. Selon Michael Mayer, le plus grand défi sera d’exploiter l’énergie métabolique du corps.

Convertir l'énergie mécanique

Cela pourrait se faire par exemple en mobilisant les différences d’ions dans plusieurs zones, comme les fluides gastriques, ou en convertissant l’énergie mécanique des muscles en énergie électrique. Celle-ci pourrait ensuite être stockée et diffusée depuis un organe électrique artificiel.

L’intégration de cette technologie au coeur d'un organisme vivant pourrait livrer une source d’énergie biocompatible, flexible et capable de se recharger à l’intérieur-même du système biologique.

Parmi les applications possibles figurent les pacemakers, divers capteurs, des pompes délivrant des médicaments ou encore des lentilles de contact à affichage intégré. Un tel procédé éliminerait la nécessité de chirurgie de remplacement pour certains appareils.