Imaginez charger votre téléphone pendant que vous marchez, grâce à un générateur ultramince intégré dans la semelle de votre chaussure. Ce scénario futuriste est désormais un peu plus proche de la réalité. Des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du département américain de l'Énergie ont mis au point un moyen de générer de l'énergie à l'aide de virus inoffensifs qui convertissent l'énergie mécanique en électricité.

Les scientifiques ont testé leur approche en créant un générateur qui produit suffisamment de courant pour faire fonctionner un petit écran à cristaux liquides. Il fonctionne en tapotant du doigt une électrode de la taille d'un timbre-poste recouverte de virus spécialement conçus. Les virus convertissent la force du robinet en une charge électrique.

Leur générateur est le premier à produire de l'électricité en exploitant les propriétés piézoélectriques d'un matériau biologique. La piézoélectricité est l'accumulation d'une charge dans un solide en réponse à une contrainte mécanique.

Ce jalon pourrait conduire à de minuscules appareils qui récupèrent l'énergie électrique à partir des vibrations des tâches quotidiennes telles que fermer une porte ou monter des escaliers.

Il indique également un moyen plus simple de fabriquer des dispositifs microélectroniques. C'est parce que les virus s'organisent en un film ordonné qui permet au générateur de fonctionner. L'auto-assemblage est un objectif très recherché dans le monde capricieux de la nanotechnologie.

Les scientifiques décrivent leur travail dans une publication en ligne anticipée du 13 mai de la revue Nature Nanotechnologie .

"Des recherches supplémentaires sont nécessaires, mais notre travail est un premier pas prometteur vers le développement de groupes électrogènes personnels, actionneurs destinés à être utilisés dans des nano-dispositifs, et d'autres dispositifs basés sur l'électronique virale, " dit Seung-Wuk Lee, un scientifique de la faculté dans la division des biosciences physiques de Berkeley Lab et un professeur agrégé de bio-ingénierie à l'UC Berkeley.

Il a mené la recherche avec une équipe qui comprend Ramamoorthy Ramesh, un scientifique de la division des sciences des matériaux du Berkeley Lab et un professeur de sciences des matériaux, ingénierie, et physique à UC Berkeley; et Byung Yang Lee de la division des biosciences physiques du Berkeley Lab.

L'effet piézoélectrique a été découvert en 1880 et a depuis été trouvé dans les cristaux, céramique, OS, protéines, et l'ADN. Il a également été mis à profit. Les briquets électriques et les microscopes à sonde à balayage ne pourraient pas fonctionner sans cela, pour ne citer que quelques applications.

Mais les matériaux utilisés pour fabriquer des dispositifs piézoélectriques sont toxiques et très difficiles à travailler, ce qui limite l'utilisation généralisée de la technologie.

Lee et ses collègues se sont demandé si un virus étudié dans les laboratoires du monde entier offrait un meilleur moyen. Le bactériophage M13 n'attaque que les bactéries et est inoffensif pour l'homme. Étant un virus, il se reproduit par millions en quelques heures, il y a donc toujours un approvisionnement régulier. C'est facile à modifier génétiquement. Et un grand nombre de virus en forme de bâtonnets s'orientent naturellement dans des films bien ordonnés, un peu comme les baguettes s'alignent dans une boîte.

Ce sont les traits que les scientifiques recherchent dans un nano bloc de construction. Mais les chercheurs du Berkeley Lab ont d'abord dû déterminer si le virus M13 est piézoélectrique. Lee se tourna vers Ramesh, expert dans l'étude des propriétés électriques des couches minces à l'échelle nanométrique. Ils ont appliqué un champ électrique à un film de virus M13 et observé ce qui se passait à l'aide d'un microscope spécial. Les protéines hélicoïdales qui recouvrent les virus se tordent et se retournent en réponse, un signe certain de l'effet piézoélectrique à l'œuvre.

Prochain, les scientifiques ont augmenté la force piézoélectrique du virus. Ils ont utilisé le génie génétique pour ajouter quatre résidus d'acides aminés chargés négativement à une extrémité des protéines hélicoïdales qui recouvrent le virus. Ces résidus augmentent la différence de charge entre les extrémités positive et négative des protéines, qui augmente la tension du virus.

Les scientifiques ont encore amélioré le système en empilant des films composés de couches simples du virus les uns sur les autres. Ils ont découvert qu'un empilement d'environ 20 couches d'épaisseur présentait l'effet piézoélectrique le plus fort.

Il ne restait plus qu'un test de démonstration, les scientifiques ont donc fabriqué un générateur d'énergie piézoélectrique à base de virus. Ils ont créé les conditions pour que les virus génétiquement modifiés s'organisent spontanément en un film multicouche mesurant environ un centimètre carré. Ce film a ensuite été pris en sandwich entre deux électrodes plaquées or, qui étaient reliés par des fils à un affichage à cristaux liquides.

Lorsque la pression est appliquée au générateur, il produit jusqu'à six nanoampères de courant et 400 millivolts de potentiel. C'est assez de courant pour faire clignoter le chiffre "1" sur l'écran, et environ un quart de la tension d'une batterie triple A.

"Nous travaillons maintenant sur des moyens d'améliorer cette démonstration de preuve de principe, " dit Lee. " Parce que les outils de la biotechnologie permettent la production à grande échelle de virus génétiquement modifiés, les matériaux piézoélectriques à base de virus pourraient offrir une voie simple vers une nouvelle microélectronique à l'avenir. »