FablabSU

S'inspirer des organismes bioluminescents afin de réduire notre consomation énergétique

Grégoire Wasson • Laure Walczak • Kolia Badarello • Jéromine Toumelin

mots-clefs : Bioluminescence, Chimiluminescence, luminol, luciférine, luciférase, Glowee, transition énergétique, écologie, éclairage urbain

Introduction

Dans le cadre de la transition énergétique, enjeu majeur du XXIème siècle, les innovations apportées par la science et l'industrie sont au coeur des problématiques environnementales : Pour illustrer cela, nous avons choisi d'étudier le sujet de l'éclairage urbain.

La start-up Glowee a notamment installé du mobilier urbain bioluminescent dans le centre ville de Rambouillet (78) dont l'inauguration a lieu en septembre 2022.

Objectif

Ce projet permet de mettre en lumière ( ! ) un nouveau marché durable et vert en cours de développement qui pourrait s'imposer dans les prochaines années à venir.

• Etude bibliographique et documentation
• Mise en relation avec un chercheur du CNRS, spécialiste de la bioluminescence Mr Marcel Koken
• Questionnaire au service technique de la mairie de Rambouillet (78) sur les lampadaires bioluminescents
• Interview vidéo de Marcel Koken
• Expérience au Fablab : l'expérience du luminol

Qu'est ce que c'est la Bioluminescence ?

La bioluminescence est un phénomène biologique à l'origine d'une emission de lumière visible par certains organismes vivants. Ce phénomène est répandu dans la nature et on peut l'observer chez plusieurs espèces animales et végétales par le biais d'une réaction biochimique naturelle. Des milliers d'organismes vivants produisent une lumière bioluminescente. Parmis eux, des bactéries, des insectes, certaines espèces de champignons, des poissons et des mollusques. Le rôle de la bioluminescence varie suivant ces organismes. On note quatre fonctions principales : l’éclairage, la chasse , la protection, la communication avec le milieu.

Quelle est la différence entre bioluminescence et chimiluminescence ?

Si les deux phénomènes explique l'emission de lumière visible, la différence réside dans le fait que la bioluminescence est une réaction biochimique faisant intervenir des biomolécules comme la protéine luciférine, tandis que la chimiluminescence est une réaction chimique.

Protocole de l'Expérience luminol :

1. Dissoudre 1g luminol dans un bécher contenant 450 mL eau distillée.

2. Ajouter 50 mL de solution de NaOH à 10%, et mélanger.

3. Verser 50 mL de la solution résultante dans un autre bécher et y ajouter 350 mL eau distillée. Cela donne la solution A.

4. Verser 50 mL de ferricyanure de potassium à 3% dans un 3ème bécher contenant 350 mL eau distillée et 3 mL de peroxyde d’hydrogène 30%. Cela donne la solution B.

5. Prélever des volumes égaux des solutions A et B dans 2 cylindres séparés.

6. Mettre un peu de ferrocyanure de potassium dans le flacon équipé d’un entonnoir.

7. Place le flacon dans l’obscurité.

8. Verser les solutions A et B en même temps dans le flacon. La solution se met aussitôt à émettre une vive lumière bleue.

Matériel nécessaire à la réalisation de l'expérience :

• 1 g luminol (5-amino-2,3-dihydrophthalazine-1,4-dione) • 50 ml solution d’hydroxyde de sodium (NaOH) 10% en poids • 50 ml solution de ferricyanure de potassium (K3[Fe(CN)6]) 3% en poids • Environ 0,5 g ferricyanure de potassium (K3[Fe(CN)6]) • 3 ml peroxyde d’hydrogène (H2O2) 30% • Eau distillée • Des béchers, un erlenmeyer de 500 mL • Un entonnoir • Des éprouvettes graduées • Un flacon • Plaque chauffante

 précautions à prendre lors de la manipulation 

• Luminol Irritant 69,70€/5g
• NaOH à 10% Corrosif 47,60€/250g
• K3[Fe(CN)6] 28,95€/500g
• H2O2 30% Corrosif, irritant, comburant 51,60€/100mL

Remarque : Le coût très élevé du luminol implique de manipuler celui-ci avec précision et de l'utiliser avec parcimonie.

Résulats

Nous avons pu observer un flash lumineux cyan intense, la durée de l'expérience est assez courte car le luminol est consommé rapidement au cours de la réaction chimique. A posteriori, le luxmètre que nous avons utilisé n'était pas adapté à la mesure de l'intensité lumineuse produite au cours de la réaction.

Conclusion

Ce travail nous à permis de comprendre le phénomène de la bioluminescence dans sa globalité, par analogie avec la chimiluminescence observée dans l'expérience du luminol. Cette expérience est ludique, réalisable et simple à mettre en place.

La bioluminescence constitue donc un espoir pour l'éclairage de demain, notamment car elle permet un éclairage de longue durée (contrairement au luminol qui produit un flash lumineux jusqu'à ce que la réaction s'arrête ), en raison du renouvellement des bactéries utilisées dans les lampadaires.

Cependant, les conditions optimales (température, mesures d'hygiène…) doivent être réunies afin d'assurer une production de lumière pour l'éclairage urbain, ce qui explique qu'à l'heure actuelle, la production de lumière bioluminescente pour éclairer les villes est toujours en phase expérimentale.

Bibliographie

expérience au fabLab de SU sur les bactéries bioluminescentes

https://wiki.fablab.sorbonne-universite.fr/wiki/doku.php?id=wiki:projets:bacteries_bioluminescents