Franchement si avec un tel titre vous ne venez pas jeter un coup d’oeil, je brûle mes cours de marketing.
C’est en tout cas de cette manière qu’ont été présentés les travaux du groupe d’Angela Belcher, responsable du groupe matériel biomoléculaire du MIT.
C’est donc l’occasion de présenter ces travaux très jolis dans un billet en deux parties. Ce premier billet expliquera l’article de Science qui vaut ce communiqué, le second tentera une mise en perspective plus générale.
Principe de fonctionnement d’une batterie
En préambule un petit topo sur ce qu’est une batterie.
Un accumulateur électrochimique ou communément une batterie rechargeable est un dispositif capable d’accumuler de l’énergie électrique puis de la restituer suite à une réaction chimique. Dans la vie de tous les jours, il s’agit de vos piles rechargeables ou de vos batteries de portables.
Le fonctionnement d’une batterie est décrit par exemple ici.
Un accumulateur électrochimique comporte les trois même éléments : une anode et une cathode reliées entre eux par une électrolyte liquide ou solide.
- Schéma d’un accumumateur électrique (source http://fr.wikipedia.org/wiki/Pile_rechargeable)
Le phénomène chimique qui se déroule au niveau de l’anode et de la cathode s’appelle l‘oxydo-réduction. A l’anode, se déroule une réaction chimique qui libère des électrons qui vont se délacer dans le circuit électrique et créer le courant qui aliment vos appareils jusqu’à la cathode où une réaction chimique va capter les électrons. Dans l’électrolyte, les ions, particules chargées vont se déplacer pour boucler le circuit.
La forme traditionnelle d’une batterie est constituée de deux tige de métal (l’anode et la cathode) plongée dans une solution liquide (l’électrolyte). C’est de l’électrolyte que provient le liquide que vous consatez lorsque vos piles ont coulé.
Mais des versions plus raffinées de batteries sont développées comme dans une batterie ion lithium à électrolyte solide. Tout ces éléments sont alors disposés comme dans un sandwich : une couche de lithium faisant office de cathode, un pont solide en polymère faisant migrer les ions et une anode en cobalt. La finesse de ces batteries permet de les insérer dans des dispositifs portables de la taille d’une carte de crédit.
Déposer des couches de quelques nanomètres à quelques microns est un travail compliqué. C’est même ce qu’on appelle la problématique du dépot des couches minces. C’est ce domaine qu’on retrouve pour faire des processeurs ou tout autres composant électronique, des panneaux solaires ou des revêtements de protections. Plusieurs techniques sont actuellement utilisées. Citons par exemple la pulverisation cathodique, l’épitaxie par jet moléculaire, la décomposition chimique en phase vapeur organometallique …
Pas de panique devant ces noms barbares. Je les mets juste pour vous faire comprendre l’étendue et la maturité du domaine. Il existe donc plusieurs techniques standards pour former des couches minces.
Des virus pour construire des nanofils
Dans l’article de Science, le groupe Angela Belcher (dont ses thésards) a élaboré une couche mince constituant la cathode d’une batterie à partir d’une nouvelle méthode qu’ils ont développée quelques années auparavant. Cette cathode est constituée de fils de lithium mélangés à des nanotubes de carbones. C’est cette incorporation de nanotubes de carbones qui permet d’améliorer les performances de la batterie.
Mais quelle en est donc le principe de cette nouvelle méthode ? Et oui, vous l’avez deviné. C’est là qu’interviennent les virus. Plus exactement ce virus :
Pḧage M13
J’ai nommé le phage M13. Le M13 est comme vous le voyez un virus à la forme longiligne. Il ne s’attaque qu’aux bactéries (d’où également son nom de bactériophage). Petit bonus pour vous permettre de mieux dormir cette nuit, il est totalement inoffensif pour les humains. Il n’y a donc aucun risque que mu par le syndrome de l’apprenti sorcier, cette technique se mettent à produire des virus qui se retournent contre leurs créateurs.
Il est constitué d’un brin d’ADN et d’une couche de protéines (environ 2700) le long de ce corps.
C’est ces protéines qui seront utilisées. Angel Belcher (et ses thésards) arrivent à modifier génétiquement ce phage de manière à ce que celui -ciprésente à sa surface des protéines qui vont se lier de préférences avec certains éléments.
Ainsi c’est ce qui s’est passé dans cet article. Plongé dans une solution contenant du zinc, les protéines le long du phage se sont liées avec le métal le long de la partie bleue foncée ce qui a permis de constituer un fil.
Vous avez donc la recette des fils sauce Angela Belcher (et ses thésards). Pour constituer un nanofil de cette manière, il « suffit » de choisir des phages qui se lient aux bons matériaux et de les tremper dans une solution les contenant.
Et pour faire une couche alors ? Et bien il « suffit » de déposer les fils sur un substrat (une plaque) et « le tour est joué ». Le petit plus de cet article et de construire à la fois des fils avec du lithium à l’aide des phage et que ces fils s’accrochent aux nanotubes de carbones via les petites boules vertes pour former la couche Lithium-Carbone.
Je simplifie pour le billet. Car justement derrière les guillemets, il a tout le travail de recherche qui demande de l’exploration, du temps, de la technique et du talent. Comment sélectionner les phages ? Comment s’assurer que les métaux se déposent correctement sur les phages de manière régulière pour faire des fils. ? Comment les fils se déposent pour former une couche homogène capable d’assurer le rôle qu’on veut lui donner ? Quelle proportion de lithium et de carbone doit on avoir pour améliorer les rendements de cette cathode ?
C’est comme un tour de magie, ça à l’apparence de la facilité mais il y a derrière toute une maîtrise et du travail.
Et c’est tout ce travail que nous aborderons dans le prochain billet.
