Pour mieux comprendre les éléments du métabolisme impliqués dans la détectionélectrochimique de bactéries et dans les biopiles bactériennes, le comportementélectrochimique de différentes souches de bactéries de type E. coli a été analysé. Lesbactéries ont été incubées dans un milieu de culture en présence de différents substrats,dans une cellule électrochimique à 3 électrodes où l’électrode de travail (ITO) agit en tantqu’accepteur d’électrons. En utilisant la voltampérométrie cyclique et lachronoampérométrie, l’accès aux caractéristiques électrochimiques des médiateurs redoxissus du métabolisme bactérien a ainsi pu être réalisé. Dans le cas des bactéries de typeE.coli XL1-Blue incubées en présence de sources différentes de carbone, telles que leglucose, le succinate ou l’acétate, il a été montré que les bactéries produisent un médiateurredox naturel, quelle que soit la source de carbone. Un courant électrique plus importantest obtenu dans le cas où un médiateur redox (PQQ or riboflavine) est ajouté dans lemilieu. Dans le cas des bactéries de type E.coli K12 et de ses souches mutantes ΔmenC etΔubiC incubées en présence de glucose ou de succinate, il a été trouvé que la soucheΔubiC produit un courant électrique plus élevé que E.coli K12 et ΔmenC. Il sembleraitainsi que la souche ΔubiC présente une activité électrochimique faisant intervenir un gènede régulation de la voie de synthèse de la ménaquinone. / To further understand the metabolism parameters involved in the electrochemicaldetection of bacteria and microbial fuel cell applications, the electrochemical behavior ofdifferent E. coli strains was analyzed. The bacteria were incubated in anaerobic conditionin a culture medium containing different substrates in a three-electrode electrochemicalcell where ITO working electrode serves as an electron acceptor. Using cyclic voltammetryand chronoamperometry, the electrochemical characteristics of excreted redox compoundsissued from bacterial metabolism have been assessed. In the case of E. coli XL1-Blue inpresence of different carbon sources such as glucose, succinate or acetate, the resultsshowed that a natural redox compound is produced whatever the carbon source. A higherelectrical current is obtained in the case of the addition of artificial mediators (PQQ orriboflavine) in the medium. In the case of E. coli K12 and its mutants ΔmenC and ΔubiCincubated in medium containing glucose or succinate, it is found that ΔubiC produced ahigher current compared to E.coli K12 and its mutants ΔmenC. It has been proposed thatΔubiC exhibits its electrochemical activity through the gene regulation of menaquinonesynthesis pathway.

Les travaux présentés dans cette thèse visent à étudier les interfaces "nanocatalyseur/glucose" et "enzyme/O2" d'une biopile hybride. Dans ce cadre, une nouvelle méthode de synthèse de nanoparticules à base d'or et de platine a été développée. Ces nanomatériaux ont été caractérisés par différentes méthodes physicochimiques pour connaître leur taille, leur morphologie et leur dispersion dans un substrat carboné (Vulcan XC72R). La surface active de chaque électrode a été déterminée par voltammétrie cyclique et par CO stripping. Il a été montré que dans les catalyseurs AuxPty, l'or a un effet promoteur sur le platine vis-à-vis de l'oxydation du glucose. Le catalyseur Au70Pt30 présente la meilleure activité catalytique. L'étude par spectroélectrochimie a permis de déterminer que la B–gluconolactone est le produit primaire de l'oxydation du glucose qui procède à bas potentiel par la déshydrogénation du carbone anomérique sur le platine. La réaction de réduction de O2 a été catalysée par une enzyme, la bilirubine oxydase (BOD). Pour faciliter le transfert électronique, deux médiateurs : ABTS et un complexe d'osmium ont été encapsulés avec l'enzyme dans une matrice de Nafion® pour créer les interfaces : BOD/ABTS/O2 et BOD/Os/O2. L'étude voltammétrique des deux médiateurs en milieu tampon phosphate a révélé deux systèmes quasi-réversibles avec des potentiels apparents proches du potentiel redox du site T1 de la BOD. Bien que difficilement comparables en termes de densité de courant au catalyseur constitué de nanoparticules de platine, les cathodes enzymatiques permettent de catalyser à quatre électrons la réduction de O2 à des potentiels très proches du potentiel de Nernst. / The work developed in this thesis concerns the study of the behavior of redox reactions at the interfaces "nanocatalyst/glucose" and "enzyme/O2" for a hybrid Biofuel Cell. In this framework, a novel synthesis method of based gold and platinum nanoparticles has been achieved. These synthesized nanomaterials were characterized by different physicochemical techniques to determine their size, morphology and their dispersion in Vulcan XC72R used as substrate. The active surface area of each electrode material was determined by cyclic voltammetry and CO stripping. It has been shown that in the bimetallic catalyst gold promotes platinum activity towards the glucose oxidation. The bimetallic composition Au70Pt30 exhibits the better efficiency. The study by spectroelectrochemistry determined that the B-gluconolactone is the primary product of the glucose oxidation which proceeds at low potential by the dehydrogenation of anomeric carbon on platinum. The reduction reaction of O2 was catalyzed by an enzyme, bilirubin oxidase (BOD). Mediated electronic transfer was performed with two redox mediators, ABTS and an Osmium complex (Os). They have been encapsulated with the enzyme in a Nafion® matrix to construct the interfaces: BOD/ABTS/O2 and BOD/Os/O2. The voltammetric study of the mediators in phosphate buffer revealed two quasi-reversible systems with an apparent potential close to the theoretical potential of the T1 BOD center. Although hardly comparable in terms of current density with the Pt nanocatalyst the O2 reduction is a four electron reaction at the cathodes BOD/ABTS and BOD/Os which deliver an electrode potential close to the Nernst one.