La batterie biologique qui pourrait alimenter les exploitations agricoles du futur
Les exploitations agricoles du futur devront se procurer des sources d’énergie plus durables pour les applications distribuées à faible consommation, telles que l’irrigation de précision et la surveillance environnementale. «Les solutions actuelles reposent généralement sur des batteries conventionnelles ou des sources d’alimentation externes. Ces dernières ont une durée de vie limitée, nécessitent un entretien important et ont un impact environnemental négatif. Parallèlement, les alternatives renouvelables, telles que l’énergie solaire ou éolienne, restent intermittentes, instables ou coûteuses», explique Naroa Uria, coordinatrice du projet SOIL2POWER(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) [DB1.1] financé par le Conseil européen de l’innovation(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Motivé par les besoins des petites et moyennes exploitations agricoles en énergie accessible, fiable et nécessitant peu d’entretien, SOIL2POWER a exploité l’activité métabolique des microbes du sol pour générer de l’électricité. «Notre démonstration de systèmes de bioénergie optimisés fondés sur le sol et fonctionnant dans des conditions agricoles réelles offre une voie vers des solutions énergétiques naturelles à grande échelle», déclare Naroa Uria, d’Agròpolis – Université polytechnique de Catalogne(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), un site agricole expérimental utilisé pour la validation sur le terrain.
Exploiter les systèmes bioélectrochimiques
SOIL2POWER a créé des piles à combustible microbiennes génératrices d’électricité en exploitant l’activité métabolique naturelle des micro-organismes du sol. Les micro-organismes consomment de la matière organique, libérant des électrons dans le cadre de leur métabolisme. Ces électrons sont transférés à une anode(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), puis circulent dans un circuit externe pour atteindre une cathode(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), où ils réagissent avec l’oxygène et les protons, formant de l’eau et complétant le circuit électrique. L’une des principales innovations du projet a été la création de revêtements bactériens électrogènes à la surface des électrodes anodiques, basée sur l’immobilisation de bactéries électrogènes sélectionnées. Ces dernières facilitent et stabilisent le transfert d’électrons des micro-organismes vers l’anode. «Le contrôle de la formation et de la structure de ces biofilms améliore l’efficacité et la reproductibilité de la pile à combustible microbienne, en surmontant la variabilité associée aux biofilms formés naturellement», ajoute Naroa Uria. Parallèlement, les travaux sur la caractérisation du substrat ont permis de mieux comprendre les facteurs affectant les performances des biobatteries. «L’analyse des communautés microbiennes et de la composition physico-chimique de différents substrats a contribué à identifier les paramètres influençant les performances et a facilité la sélection des substrats pour les piles à combustible microbiennes», note Naroa Uria. Pour pallier la faible production d’énergie variable des piles à combustible microbiennes, les composants du système ont été optimisés individuellement, en utilisant des conceptions à très faible consommation, avant d’optimiser l’architecture globale du système. «Cette approche a révélé la contribution de chaque élément à l’amélioration de la puissance, ainsi que la différence que l’intégration du système complet apporte à la fiabilité des opérations», ajoute Naroa Uria. L’intégration des composants a donné naissance à BIOOCELL, un prototype fonctionnel pour les applications d’agriculture de précision, qui a fait l’objet d’une validation en laboratoire et sur le terrain. Les essais menés sur le terrain à Agròpolis ont généré des données sur le comportement du système dans un scénario agricole réaliste, essentielles pour comprendre l’influence de variables externes telles que la température et l’humidité. «En surmontant les défis inhérents au travail à la pointe de la microbiologie et de l’ingénierie, nous avons démontré avec succès la capacité du système à générer et à gérer de l’énergie directement à partir du sol, prenant en charge des applications à faible consommation d’énergie comme le contrôle de l’irrigation», fait remarquer Naroa Uria.
Déployer les technologies numériques dans les zones rurales et isolées
La batterie biologique de SOIL2POWER soutient la transition vers une utilisation plus efficace de l’eau et des pratiques agricoles plus intelligentes, au cœur des stratégies de l’UE liées à l’adaptation au changement climatique(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), à la gestion durable des terres et aux systèmes alimentaires(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), ainsi qu’à l’économie circulaire. Bien que l’application la plus immédiate de BIOOCELL soit probablement l’alimentation des vannes d’irrigation pour l’agriculture de précision, il présentera également un intérêt pour d’autres dispositifs à faible consommation d’énergie, comme les systèmes de surveillance environnementale. «Mettre à la disposition des petites et moyennes exploitations agricoles des dispositifs fiables de production d’énergie in situ leur permet d’accéder plus facilement aux innovations agricoles, pour une production alimentaire plus résiliente et moins polluante», explique Naroa Uria. Axée sur un déploiement concret, l’équipe élabore actuellement des plans de commercialisation qui comprennent une entrée directe sur le marché et des partenariats stratégiques pour accroître la production et la distribution.
