Brevet FR3026413A1 — publié le 20160401

La présente invention concerne le domaine électrochimique, et plus particulièrement les procédés électrochimiques mettant en oeuvre des dispositifs bioélectrochimiques c'est-à-dire dont l'une au moins des électrodes est au contact de microorganismes. Les dispositifs bioélectrochimiques sont récents. L'étude des anodes biologiques dans le cadre des biopiles a débuté au cours des années 2000 dans des dispositifs expérimentaux pour lesquels la cathode était le plus souvent abiotique. Parfois, des cathodes à air qui pouvaient éventuellement être biologiques ont toutefois été utilisées. Les dispositifs bioélectrochimiques font l'objet d'une attention accrue ces dernières années en vue d'étudier la valorisation et la bioconversion de la matière organique notamment issue de déchets organiques dans des électrolyseurs microbiens. Ces dispositifs bioélectrochimiques nécessitent le couplage d'une anode biologique (appelée aussi bioanode) à une cathode biologique (appelée aussi biocathode) et requièrent une bonne coordination cinétique des activités biologiques à l'anode et à la cathode. Souvent, ces activités ne sont pas bien synchronisées. Ainsi, l'activité de l'une des bioélectrodes prend en général le pas et peut entraîner, dans le circuit, des potentiels ou des courants néfastes au bon fonctionnement de l'autre bioélectrode. Jusqu'à présent l'étude des biocathodes pour l'électrosynthèse n'a pratiquement jamais été réalisée dans un système comportant également une bioanode. Pourtant, pour les futures applications industrielles de bioraffinage des déchets, l'utilisation 25 conjointe d'une bioanode et d'une biocathode est nécessaire. Un premier but de l'invention est donc de palier les inconvénients des procédés existants en proposant de réguler les variations d'activités respectives des bioélectrodes, c'est-à-dire la coordination des activités microbiennes à la fois sur la 30 bioanode et sur la biocathode d'un dispositif électrochimique dont les compartiments anodique et cathodique renferment des microorganismes. A cet effet la présente invention propose un procédé de régulation de l'activité d'un dispositif électrochimique comportant une anode et une cathode plongées dans un 35 électrolyte respectivement placé dans un compartiment anodique et un compartiment cathodique séparés par au moins une membrane ou reliés l'un à l'autre par un pont salin, le dispositif comportant éventuellement une électrode de référence, une différence de potentiel étant appliquée entre l'anode et la cathode, ou entre l'anode et l'électrode de référence, caractérisé en ce que l'électrolyte du compartiment anodique, ainsi que l'électrolyte du compartiment cathodique, contiennent des microorganismes en suspension ou sous forme de biofilm(s), les électrodes étant respectivement dénommées bioanode et biocathode, et en ce que le fonctionnement du dispositif est régi par une double régulation : - une première régulation, dite régulation prioritaire, de la différence de potentiel entre la bioanode et la biocathode, ou entre la bioanode et l'électrode de référence, entre une valeur limite minimale permettant le développement d'un biofilm électroactif à la bioanode et une valeur limite maximale inférieure au potentiel d'oxydation dudit biofilm, et - une seconde régulation, dite régulation secondaire, lorsque la première régulation est mise en place, optimisant le rendement faradique de la biocathode. Classiquement, dans les expériences d'électrosynthèse microbienne, les réactions de réduction ayant lieu sur les biocathodes, les dispositifs électrochimiques de l'art antérieur s'appuient sur une simple régulation du courant ou du potentiel à la cathode. Lorsqu'on est en présence d'une bioanode, ce type de régulation peut entraîner une augmentation forte du potentiel à l'anode qui conduit à l'inactivation de la biomasse électroactive par une oxydation trop importante au contact de cette électrode. Or, de façon surprenante et inattendue, les inventeurs ont constaté qu'il est préférable d'employer, au démarrage, une stratégie de régulation du potentiel à l'anode. Une fois que l'activité microbienne d'oxydation à l'anode permet d'atteindre un niveau de courant dans le circuit jugé suffisant, il devient nécessaire de réguler la densité de courant et/ou le potentiel à la biocathode pour permettre une activité biologique adéquate à la cathode (régulation du courant ou du potentiel sur les plages compatibles avec l'activité de l'anode). Le procédé selon l'invention prend donc en compte en premier lieu l'évolution de l'activité biologique à l'anode, par la régulation prioritaire du potentiel à la bioanode (loi prioritaire). Dans l'ensemble du texte, les expressions efficacité coulombique, rendement coulombique, efficacité faradique et rendement faradique sont équivalentes et ont la même signification sur le plan électrochimique. Par "bioanode" et "biocathode", on entend, ici, des électrodes plongées dans un électrolyte au contact de microorganismes et d'un élctrolyte. Ces microorganismes peuvent s'organiser en biofilms directement au contact des électrodes, des parois du réacteur et/ou être en suspension dans l'électrolyte. Dans l'ensemble du texte on utilisera indifféremment les termes d'anode ou de bioanode, et de cathode ou de biocathode. De manière avantageuse, tout en maintenant la régulation du potentiel à la bioanode, l'optimisation de l'activité de la biocathode en vue de la production d'espèces chimiques particulières est asservie à des paramètres physico-chimiques mesurés au niveau du compartiment cathodique, telles que la concentration d'une ou plusieurs espèces chimiques dans l'électrolyte ou dans ciel gazeux environnant la biocathode, ou au débit de production de gaz à la biocathode. L'espèce chimique mesurée au niveau du compartiment cathodique, est par exemple le dihydrogène (résultant d'un phénomène abiotique d'électrolyse de l'eau et signifiant que l'intensité doit être réduite pour améliorer le fonctionnement de la biocathode) ou le méthane (qui signe le développement d'une électro-méthanogenèse à la biocathode). Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, tout en maintenant la première régulation de différence de potentiel gérant l'activité biologique au niveau de la bioanode, la seconde régulation régit l'optimisation de l'intensité du courant à la biocathode en vue de la production d'espèces chimiques particulières au niveau de la biocathode. Cette optimisation de l'intensité à la biocathode peut être réalisée : - selon une première variante : par le biais d'un dispositif électronique permettant de fixer directement l'intensité à la biocathode, et/ou par le biais d'un potentiostat, permettant de faire varier, de préférence avec une précision de quelques millivolts, le potentiel de la bioanode, de la biocathode et/ou la différence de potentiel entre bioanode et biocathode, ou - selon une seconde variante : par des variations du rapport de la surface active de la bioanode à la surface active de la biocathode. Dans cette seconde variante, les variations du rapport de la surface active de la bioanode à la surface active de la biocathode peuvent être réalisées : -soit par des variations de la surface immergée de la bioanode et/ou de la biocathode, ces variations de la surface immergée de la bioanode et/ou de la biocathode pouvant être obtenues par des variations du niveau de l'électrolyte dans le compartiment anodique et/ou dans le compartiment cathodique, ou encore obtenues par des déplacements de la bioanode et/ou de la biocathode dans l'électrolyte ; -soit par la modification du nombre de bioanodes dans le compartiment anodique et/ou la modification du nombre de biocathodes dans le compartiment cathodique : c'est-à-dire l'introduction d'une ou plusieurs nouvelles bioanodes (respectivement biocathodes) dans le compartiment anodique (respectivement cathodique), ou le retrait d'une ou plusieurs bioanodes et/ou biocathodes, pour le cas où ce(s) compartiment(s) en comprend(nent) déjà plusieurs. Dans les cas où les compartiments anodique et cathodique comprennent plusieurs électrodes (respectivement bioanodes ou biocathodes), ces électrodes sont bien entendues toutes connectées au même circuit électrique du dispositif électrochimique. Selon un autre mode de réalisation, l'activité de la biocathode peut être régulée par des paramètres physico-chimiques au niveau du compartiment anodique. Plus particulièrement, tout en maintenant la régulation du potentiel à la bioanode, l'optimisation de l'activité de la biocathode en vue de la production d'espèces chimiques particulières est alors réalisée par la régulation de paramètres chimiques au niveau du compartiment anodique, telles que la concentration d'une ou plusieurs espèces chimiques dans l'électrolyte ou dans ciel gazeux environnant la bioanode. Cette espèce chimique est avantageusement une molécule non fermentescible, telle 35 qu'un acide organique ou son sel, de préférence choisi parmi l'acétate, le lactate ou le propionate. A titre d'exemple de régulation prioritaire, lorsque la bioanode, telle qu'une électrode en carbone, est plongée dans un électrolyte aqueux à pH d'environ 7 la valeur maximale de la différence de potentiel entre la bioanode et une électrode normale à hydrogène, dite électrode de référence, est telle que le potentiel de la bioanode est inférieur ou égal à 1 V par rapport à ladite électrode de référence, de préférence inférieur à 0,5 V par rapport à ladite électrode de référence, de manière à éviter l'électrolyse de l'eau. La présente invention concerne également le dispositif électrochimique pour la réalisation du procédé décrit ci-dessus, permettant l'adaptation des courants et/ou potentiels à la cathode en fonction de l'évolution de l'activité biologique à l'anode. Plus particulièrement le dispositif électrochimique selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend : une anode et une cathode plongées dans un électrolyte respectivement placé dans un compartiment anodique et un compartiment cathodique séparés par au moins une membrane ou reliés l'un à l'autre par un pont salin, l'électrolyte du compartiment anodique contenant des microorganismes, ainsi que l'électrolyte du compartiment cathodique, les électrodes étant respectivement dénommées bioanode et biocathode, - éventuellement une électrode de référence, -des moyens permettant d'appliquer une différence de potentiel entre la bioanode et la biocathode, ou entre la bioanode et l'électrode de référence, et des moyens de régulation de cette différence de potentiel, -des moyens permettant d'optimiser le rendement faradique de la biocathode. La membrane peut être une membrane échangeuse d'ions : échangeuse de cations, 30 échangeuse d'anions, échangeuse de protons, ou en variante être une membrane d'osmose. Ce dispositif électrochimique peut également comprendre des capteurs ou sondes disposés dans l'électrolyte et/ou dans le ciel gazeux environnant respectivement la 35 bioanode ou la biocathode, lesdits capteurs ou sondes mesurant des paramètres physico-chimiques au niveau du compartiment anodique et/ou du compartiment cathodique, telles que la concentration d'une ou plusieurs espèces chimiques. Le dispositif électrochimique selon l'invention peut également comprendre des moyens permettant de faire varier le niveau de l'électrolyte dans au moins un des compartiments (par exemple au moyen d'une pompe connectée à une entrée et une sortie du compartiment correspondant) et/ou permettant le déplacement de la bioanode et/ou de la biocathode dans l'électrolyte. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est un schéma en coupe d'un mode de réalisation d'un dispositif électrochimique selon l'invention ; La figure 2 est un schéma en coupe d'un autre mode de réalisation d'un dispositif électrochimique selon l'invention; La figure 3 montre les courbes de densité de courant (figure 3A) et de potentiel (figure 20 3B) de l'exemple 1 ; La figure 4 schématise, pour l'exemple 1, le bilan des électrons au niveau de la biocathode de l'exemple 1 avec les quantités cumulées d'acides gras volatils (AGVs), de méthane (CH4) et de dihydrogène (H2) (figure 4A) et les acides gras volatils 25 mesurées au niveau du compartiment cathodique ; La figure 5 montre l'intensité dans le dispositif électrochimique selon l'exemple 2 en fonction du temps ; 30 La figure 6 montre l'intensité dans le dispositif électrochimique selon l'exemple 3 en fonction du temps, et les déplacements de la bioanode dans l'électrolyte ; La figure 7 montre l'intensité dans deux dispositifs électrochimiques selon l'exemple 4 en fonction du temps 35 La figure 8 montre le potentiel dans deux dispositifs électrochimiques selon l'exemple 4 en fonction du temps La figure 9 est un schéma général d'un dispositif électrochimique selon l'invention 5 comportant différents capteurs physico-chimiques EXEMPLES Exemple 1 10 Le dispositif électrochimique 1, présenté à la figure 1, est un électrolyseur à double compartiment comportant une bioanode 3 et une biocathode 6. Les deux compartiments anodique 8 et cathodique 9 sont constitués de récipients en verre de 1,5 L de volume total séparés par une membrane 4 échangeuse de cations (MEC, Fumasep® FKE, Germany). L'électrolyte 10A, 10C utilisé correspond au milieu 15 Biochemical Methane Potential (BMP) (selon la norme NF EN ISO 11734) tamponné avec 8 g/I de carbonates. Le substrat utilisé est l'acide acétique à 600 mg/I. Le matériau de base de la bioanode est un morceau de 4cm*4cm de tissu de carbone (Paxitech®, France) il est connecté au circuit électrique par un fil de platine 2. Le matériau de la biocathode est une plaque d'acier inoxydable (Outokumpu®, 254 20 SMO) de 4cm*4cm connectée au circuit électrique par une tige d'acier 5. La bioanode a été "pré-cultivée" sur acide acétique dans des boues biologiques ce qui a permis d'obtenir à sa surface un biofilm contenant des bactéries électroactives sur le tissu de carbone. Le compartiment cathodique 9 peut recevoir ou non 25 l'inoculation d'une culture de bactéries acétogènes préparée à partir d'un consortium microbien de traitement anaérobie de déchets (biocathode). L'anode 3 est, dans un premier temps, polarisée à +0,158 V par rapport à une électrode de référence 7 au calomel saturé (notée SCE pour Saturated Calomel 30 Electrode) au moyen d'un potentiostat (BioLogic®, France, VMP3, logiciel EC-Lab) (loi prioritaire). Lorsque la densité de courant atteint 5 A/m2, le potentiostat est programmé pour limiter la densité de courant à cette valeur. Ceci permet de réguler l'activité de la cathode (loi secondaire). Enfin si le potentiel à l'anode dépasse +0,2V versus SCE, le potentiostat est alors réglé pour rebasculer en contrôle potentiel et le 35 maintenir à cette valeur pour préserver l'activité biologique de la bioanode (loi prioritaire). Cette régulation est illustrée par la figure 3 sur les 16 premiers jours de l'expérience. La figure 3 montre les courbes de la densité de courant (figure 3A) et du potentiel de 5 la bioanode mesuré par rapport à l'électrode de référence 7 au calomel saturé (figure 3B) au cours des 16 premiers jours de l'expérience. En début d'expérience le courant augmente rapidement avec le développement du biofilm électroactif à l'anode. Le courant est ensuite régulé à 5 A/m2 pour optimiser le rendement de production d'acides gras volatils (AGVs) à la cathode (loi secondaire). Dans la dernière phase le 10 courant décroit avec l'épuisement du substrat pendant que la loi prioritaire impose à nouveau le potentiel à l'anode 3. Tout au long de l'expérience sont prélevés des échantillons dans lesquels sont mesurées les concentrations en acides gras volatils et en lactate par chromatographie 15 ionique (DIONEX DX 120, colonne IONPACO ICE-AS1 (9x250 mm)). Les éluants utilisés sont l'acide heptafluorobutyrique (0,4 mmo1/1) et l'hydroxyde de tetrabutylammonium (TBAOH, 5 mmo1/1). Les concentrations en formiate, acétate, lactate, propionate, butyrate et valérate sont ainsi mesurées dans une gamme allant de 10 mg/I à 500 mg/I. Les compositions des ciels gazeux des compartiments 20 anodiques et cathodiques sont mesurées par chromatographie en phase gazeuse (Varian CP 4900). Les trois colonnes de l'instrument permettent de mesurer les proportions des gaz suivants : 02, N2, CI-14, CO2, H2, H2S et NO2. L'expérience a été menée pendant 30 jours, avec deux injections de substrat dans le 25 compartiment anodique 8 (600 mg/I d'acide acétique) aux jours 0 et 15. Trois pilotes ont été lancés en parallèle dans les mêmes conditions avec inoculation à la cathode (biocathode) et trois autres pilotes témoins ont été lancés sans inoculation à la cathode. Les comportements des trois pilotes avec inoculation se sont révélés très similaires tout au long de l'expérience, l'un d'eux a été arrêté au jour 15 pour 30 permettre l'observation des électrodes par microscopie. Le bilan de la production de la biocathode de l'un de ces pilotes est présenté à la figure 4 (parties A et B). La figure 4A montre le bilan des électrons pour une biocathode 6 avec inoculation. La courbe supérieure indique la quantité d'électrons arrivant à la biocathode. Les 35 quantités cumulées d'acides gras volatils (AGVs), de méthane (CH4) et d'hydrogène (H2), mesurées en équivalents électrons, sont indiquées par les surfaces hachurées. La figure 4B montre le détail des concentrations en acides gras volatils mesurées dans le compartiment cathodique 9. Le formiate et l'acétate sont les principaux acides produits. Les concentrations mesurées pour les autres acides (lactate, propionate, butyrate et valérate) sont nulles et ne sont donc pas représentées sur cette figure. Durant la première phase de l'expérience (jours 1 à 15), l'hydrogène (H2) et le méthane (CH4) sont principalement produits au niveau des compartiments cathodiques ayant reçu une inoculation tandis que les pilotes sans inoculation dans le compartiment cathodique produisent uniquement de l'hydrogène. Le rendement faradique à la biocathode est alors de 60% avec 53% des électrons utilisés pour produire du méthane (figure 4A). Au jour 15, la deuxième injection de substrat est réalisée dans le compartiment anodique 8 et 10 mmo1/1 de 2-bromo-éthane sulfonate (BES) sont injectés dans le compartiment cathodique 9 pour inhiber la méthanogenèse. Durant la seconde phase, les acides gras volatils tels que le formiate et l'acétate sont principalement produits, ainsi que de faibles quantités d'hydrogène et de méthane. Le rendement faradique à la cathode atteint alors 80%. 29% des électrons ont été utilisés pour produire l'acétate. Le taux maximum de production d'acétate enregistré pendant cette phase est de 11 g d'acétate/m2/jour. Par ailleurs 18%, 19% et 13% des électrons sont utilisés pour la production de formiate, d'hydrogène et de méthane respectivement (figure 4). Des traces de caprylate ont également été détectées par des analyses de chromatographie en phase gazeuse couplée à un spectromètre de masse. Le rendement faradique à l'anode pendant l'expérience est de 85% en moyenne. Les observations des bioanodes et biocathodes en microscopie confocale laser à balayage à 15 jours et à 30 jours révèlent une importante colonisation microbienne 30 des deux bioélectrodes. Exemple 2 Optimisation de l'intensité à la biocathode par la régulation de la différence de potentiel. 35 Dans cet exemple de réalisation, le réacteur bioélectrochimique est un électrolyseur à double compartiment comme celui présenté à la figure 1 et opéré sous les mêmes conditions expérimentales que l'exemple 1. Le mode de réalisation du procédé de la présente invention consiste ici à moduler la différence de potentiel entre l'anode 3 et la cathode 6 grâce à l'utilisation d'un potentiostat afin de contrôler l'intensité à la biocathode. La figure 5 présente un exemple d'intensité débitée dans le réacteur bioélectrochimique au cours du temps. Les deux différents niveaux d'intensité observés (jours 0-1 et 3-6 d'une part, jours 1-3 d'autre part) correspondent à deux différences de potentiel imposées entre la bioanode et la biocathode. La différence de potentiel imposée a été soit 0,9 V (jours 0-1 et 3-6) soit 1,4 V (jours 1-3). Plus particulièrement, dans la première phase de l'expérience, la différence de potentiel est établie à 0,9 V entre la bioanode et la biocathode. Après environ un jour d'expérience, la différence de potentiel est augmentée à 1,4 V entre les deux électrodes. La courbe d'intensité en fonction du temps obtenue confirme une augmentation de l'intensité due à cette variation de la différence de potentiel, passant d'environ 5-6 mA à 15 mA. Après 4 jours, la différence de potentiel est rétablie à 0,9 V et est corrélée avec un retour de l'intensité à une valeur très proche de sa valeur initiale (environ 5 mA). Le contrôle de la différence de potentiel entre bioanode et biocathode permet donc de réguler l'intensité du courant au sein du réacteur bioélectrochimique et par conséquent l'activité de la biocathode. Exemple 3 Optimisation de l'intensité à la biocathode par déplacement de la bioanode dans l'électrolyte. Dans cet exemple de réalisation, le réacteur bioélectrochimique est un électrolyseur à double compartiment comme celui présenté à la figure 1 et opéré sous les mêmes conditions expérimentales que l'exemple 1. L'invention consiste ici à moduler la surface de bioanode immergée dans l'électrolyte afin de faire varier l'intensité à la biocathode. La figure 6 présente un exemple d'intensité débitée dans le réacteur bioélectrochimique au cours du temps. Les déplacements de la bioanode dans le compartiment sont indiqués par les flèches. Au départ, la bioanode 3 est complètement immergée dans l'électrolyte 10A. Les flèches vers le haut indiquent que la moitié de l'électrode passe en position émergée, les flèches vers le bas indiquent que l'électrode est à nouveau immergée en totalité. On constate que les variations brusques d'intensité correspondent bien à des variations de la surface immergée de la bioanode. En effet, dans cet exemple de réalisation, la surface immergée de la bioanode est modifiée plusieurs fois pendant l'expérience. Après un peu plus de 1 jour, la moitié de la bioanode 3 est sortie de l'électrolyte réduisant la surface immergée de moitié. On observe parallèlement à cela une baisse de l'intensité de 8 mA à 5 mA environ. Au deuxième jour, la bioanode est replongée totalement dans l'électrolyte et on note alors une hausse brutale de l'intensité. L'expérience est ainsi répétée 3 fois et permet d'observer à chaque variation de la surface immergée de la bioanode une variation corrélée de l'intensité à la biocathode. Le contrôle de la surface immergée de la bioanode permet donc de réguler l'intensité du réacteur bioélectrochimique et par conséquent l'activité de la biocathode. Exemple 4 Régulation de l'intensité à la biocathode en fonction de la concentration en DCO (Demande chimique en Oxygène) à l'anode. Dans cet exemple de réalisation, le réacteur bioélectrochimique est un électrolyseur à double compartiment comme celui présenté en détail à la figure 1 et opéré sous les mêmes conditions expérimentales que l'exemple 1 à l'exception de la nature du substrat apporté à l'anode. En effet dans cette réalisation, les compartiments anodiques de deux réacteurs ont été alimentés en biodéchets, un substrat complexe de 63 g/I de DCO totale, dont la composition en acides gras volatils et en acide lactique est présentée dans le tableau 1 ci-dessous. Conc. (g/1) Acide lactique 10,52 Acide formique 0,00 Acide acétique 0,38 Acide propionique 1,28 Acide butyrique 5,32 Acide valérique 0,00 Tableau 1 La figure 7 présente les courbes d'intensité en fonction du temps obtenues. La courbe en pointillés correspond au réacteur dont le compartiment anodique 8 a reçu 1 ml de substrat aux jours 0, 4, 5, 7, 8 et 11. La courbe pleine correspond au réacteur dont le 5 compartiment anodique 8 a reçu 3 ml de substrat aux jours 0, 4, 5, 7, 8 et 11. Le réacteur le moins alimenté a reçu 31,5 mg/j/I de DCO en moyenne et le second 94,5 mg/j/I de DCO en moyenne. Cette différence de concentration en substrat a permis d'obtenir une intensité différente pour chaque réacteur puisque l'intensité 10 moyenne obtenue pour le réacteur alimenté avec 1 ml de substrat a été de 1,1 mA, tandis que l'intensité moyenne obtenue pour le réacteur alimenté avec 3 ml de substrat a été de 4,3 mA (Figure 7). La régulation de la concentration en substrat à la bioanode permet donc de réguler l'intensité du réacteur bioélectrochimique et par conséquent de réguler l'activité de la biocathode comme illustré par les potentiels 15 mesurés aux biocathodes : voir la figure 8 qui montre les potentiels des biocathodes des deux réacteurs bioélectrochimiques au cours du temps. Ces potentiels sont mesurés par rapport à des électrodes de référence au calomel saturé (SCE). La courbe en pointillés correspond au réacteur qui a été alimenté avec 1 ml de substrat aux jours 0, 4, 5, 7, 8 et 11. La courbe pleine correspond au réacteur qui a été 20 alimenté avec 3 ml de substrat aux jours 0, 4, 5, 7, 8 et 11. Exemple 5 Optimisation de l'activité de la biocathode par régulation de paramètres chimiques. 25 Cet exemple met en oeuvre un dispositif électrochimique comportant des capteurs physico-chimiques. Ce dispositif électrochimique 11 schématisé à la figure 9 comporte une anode 3 et une cathode 6 reliées à un dispositif électronique 17 comprenant un potentiostat. Une membrane 14, par exemple échangeuse de cations, sépare le compartiment anodique 8 du compartiment cathodique 9 renfermant l'électrolyte 10A, 30 10C. Différents capteurs ou sondes peuvent être intégrés aux deux compartiments afin de suivre l'évolution des paramètres physico-chimiques du système : par exemple, un capteur de gaz 13 disposé dans le ciel gazeux 12 du compartiment anodique et une 35 sonde 18 plongeant dans l'électrolyte 10A liquide du compartiment anodique 8. De même, un capteur 16 de gaz est relié au ciel gazeux 15 du compartiment cathodique et une sonde 19 plonge dans l'électrolyte 100 du compartiment cathodique 9. Tout en maintenant la régulation du potentiel à la bioanode, l'optimisation de l'activité 5 de la biocathode est réalisée par la régulation de paramètres chimiques au niveau du compartiment anodique 8, telles que la concentration d'une ou plusieurs espèces chimiques dans l'électrolyte 10A ou dans le ciel gazeux 12 environnant la bioanode, le pH, etc... La présence de différents capteurs/sondes intégrés aux deux compartiments permet de suivre en direct l'évolution des paramètres 10 physicochimiques du système. Selon la valeur de ces paramètres, le dispositif électronique 17 peut ensuite optimiser le fonctionnement de la biocathode en jouant sur l'intensité du système, le potentiel électrique, etc... Exemple 6 15 La figure 2 schématise un autre mode de réalisation d'un dispositif électrochimique selon l'invention. Dans cet exemple de réalisation, le dispositif électrochimique 21 est un électrolyseur à double compartiment comportant une bioanode 22 et une biocathode 35 formées de 20 granules de graphite 20 connectées au circuit électrique extérieur par des tiges de graphite. Les compartiments anodique 28 et cathodique 39 sont séparés par une membrane 24 échangeuse de cations (MEC). Le compartiment anodique 28 comporte une entrée 23 et une sortie 25 d'électrolyte 10A, par exemple reliées à des moyens de pompage (non représentés). De même, le compartiment cathodique 39 comporte 25 une entrée 30 et une sortie 31 d'électrolyte 100 pouvant être reliées à des moyens de pompage (non représentés) indépendants des moyens de pompage reliés au compartiment anodique. Ce dispositif permet de moduler indépendamment le niveau 26 d'électrolyte 10 dans 30 le compartiment anodique et le niveau 36 d'électrolyte 100 dans le compartiment cathodique, donc le volume d'électrolyte dans chacun des compartiments et ainsi à adapter le rapport des surfaces actives (c'est-à-dire immergées) des deux bioélectrodes. 35 Dans le cas où l'on impose le courant (I), cette modulation permet de faire varier la différence de potentiel (E) entre les deux bioélectrodes. Cela permet, dans un premier temps, lors du démarrage du système, d'avoir un potentiel à l'anode compatible avec l'établissement d'une activité biologique électroactive. Dans un second temps, cela permet de contrôler les réactions de biosynthèse à la cathode régulant son potentiel. Dans le cas où l'on impose la différence de potentiel (E) entre les deux bioélectrodes, ce système de régulation permet de moduler le courant électrique (I), ce qui va influer directement sur les efficacités carboniques de production des différentes molécules, permettant d'optimiser les rendements de conversion des électrons en molécules d'intérêt. REVENDICATIONS1. Procédé de régulation de l'activité d'un dispositif électrochimique (1) comportant 5 une anode (3) et une cathode (6) plongées dans un électrolyte respectivement placé dans un compartiment anodique (8) et un compartiment cathodique (9) séparés par au moins une membrane (4) ou reliés l'un à l'autre par un pont salin, le dispositif comportant éventuellement une électrode de référence (7), une différence de potentiel étant appliquée entre l'anode et la cathode, ou entre l'anode et l'électrode de 10 référence, caractérisé en ce que l'électrolyte (10A) du compartiment anodique, ainsi que l'électrolyte (100) du compartiment cathodique, contiennent des microorganismes en suspension ou sous forme de biofilm(s), les électrodes étant respectivement dénommées bioanode et biocathode, et en ce que le fonctionnement du dispositif est 15 régi par une double régulation : - une première régulation, dite régulation prioritaire, de la différence de potentiel entre la bioanode et la biocathode, ou entre la bioanode et l'électrode de référence, entre une valeur limite minimale permettant le développement d'un biofilm électroactif à la bioanode et une valeur limite maximale inférieure au 20 potentiel d'oxydation dudit biofilm, et - une seconde régulation, dite régulation secondaire, lorsque la première régulation est mise en place, optimisant le rendement faradique de la biocathode. 25 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, tout en maintenant la régulation du potentiel à la bioanode, l'optimisation de l'activité de la biocathode en vue de la production d'espèces chimiques particulières est asservie à des paramètres physico- chimiques mesurés au niveau du compartiment cathodique (9), telles que la concentration d'une ou plusieurs 30 espèces chimiques dans l'électrolyte ou dans ciel gazeux environnant la biocathode, ou au débit de production de gaz à la biocathode. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, tout en maintenant la première régulation de différence de 35 potentiel gérant l'activité biologique au niveau de la bioanode, la seconde régulationrégit l'optimisation de l'intensité du courant à la biocathode en vue de la production d'espèces chimiques particulières au niveau de la biocathode. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'optimisation de l'intensité à la biocathode est réalisée par le biais d'un dispositif électronique permettant de fixer directement l'intensité à la biocathode, et/ou par le biais d'un potentiostat, permettant de faire varier, de préférence avec une précision de quelques millivolts, le potentiel de la bioanode, de la biocathode et/ou la différence de potentiel entre bioanode et biocathode. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'optimisation de l'intensité de courant à la biocathode est réalisée par des variations du rapport de la surface active de la bioanode à la surface active de la biocathode. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les variations du rapport de la surface active de la bioanode à la surface active de la biocathode sont réalisées par des variations de la surface immergée de la bioanode et/ou de la biocathode. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les variations de la surface immergée de la bioanode et/ou de la biocathode sont obtenues par des variations du niveau de l'électrolyte dans le compartiment anodique et/ou dans le compartiment cathodique. 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les variations de la surface active de la bioanode et/ou de la biocathode sont obtenues par des déplacements de la bioanode et/ou de la biocathode dans l'électrolyte. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les variations du rapport de la surface active de la bioanode à la surface active de la biocathode sont réalisées par la modification du nombre de bioanodes dans le compartiment anodique et/ou la modification du nombre de 35 biocathodes dans le compartiment cathodique. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, tout en maintenant la régulation du potentiel à la bioanode, l'optimisation de l'activité de la biocathode en vue de la production d'espèces chimiques particulières est réalisée par la régulation de paramètres chimiques au niveau du compartiment anodique, telles que la concentration d'une ou plusieurs espèces chimiques dans l'électrolyte ou dans le ciel gazeux environnant la bioanode. 11. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'espèce chimique est le 10 dihydrogène. 12. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'espèce chimique est le méthane. 15 13. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'espèce chimique est une molécule non fermentescible, telle qu'un acide organique ou son sel, de préférence choisi parmi l'acétate, le lactate ou le propionate. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en 20 ce que lorsque la bioanode, telle qu'une électrode en carbone, est plongée dans un électrolyte aqueux à pH d'environ 7 la valeur maximale de la différence de potentiel entre la bioanode et une électrode normale à hydrogène, dite électrode de référence, est telle que le potentiel de la bioanode est inférieur ou égal à 1 V par rapport à ladite électrode de référence, de préférence inférieur à 0,5 V par rapport à ladite électrode 25 de référence, de manière à éviter l'électrolyse de l'eau. 15. Dispositif électrochimique (1) pour la réalisation du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend : - une anode (3) et une cathode (6) plongées dans un électrolyte respectivement placé 30 dans un compartiment anodique (8;28) et un compartiment cathodique (9 ;29) séparés par au moins une membrane (4 ;14 ;24) ou reliés l'un à l'autre par un pont salin, l'électrolyte (10A) du compartiment anodique contenant des microorganismes, ainsi que l'électrolyte (100) du compartiment cathodique, les électrodes étant respectivement dénommées bioanode et biocathode, 35 - éventuellement une électrode de référence (7),- des moyens permettant d'appliquer une différence de potentiel entre la bioanode et la biocathode, ou entre la bioanode et l'électrode de référence, et des moyens de régulation de cette différence de potentiel, - des moyens permettant d'optimiser le rendement faradique de la biocathode. 5 16. Dispositif électrochimique selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend des capteurs ou sondes disposés dans l'électrolyte (10A, 100) et/ou dans le ciel gazeux (12,15) environnant respectivement la bioanode (3) ou la biocathode (6), lesdits capteurs ou sondes mesurant des paramètres 10 physico-chimiques au niveau du compartiment anodique (28) et/ou du compartiment cathodique (39), telles que la concentration d'une ou plusieurs espèces chimiques. 17. Dispositif électrochimique selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant de faire varier le niveau de 15 l'électrolyte dans au moins un des compartiments et/ou permettant le déplacement de la bioanode (3) et/ou de la biocathode (6) dans l'électrolyte. 20