Bioélectricité du vivant : quand les cellules transforment le mouvement en électricité
La vie est mouvement. À l’échelle microscopique, ce mouvement est incessant : les membranes cellulaires ondulent, se plient, se déforment en permanence. Longtemps considérées comme de simples fluctuations sans conséquence énergétique, ces vibrations pourraient pourtant jouer un rôle bien plus actif qu’on ne l’imaginait.
Une étude publiée fin 2025 dans la revue scientifique PNAS Nexus propose un cadre théorique inédit : les membranes des cellules vivantes seraient capables de convertir leurs fluctuations mécaniques internes en signaux électriques exploitables. Une découverte qui éclaire d’un jour nouveau le transport ionique, l’activité neuronale et, plus largement, la bioélectricité du vivant.
Des membranes cellulaires en perpétuelle agitation
À température physiologique, aucune membrane cellulaire n’est immobile. Les lipides qui la composent se déplacent, les protéines qu’elle abrite exercent des forces, et l’ensemble de la structure subit de petites déformations permanentes.
Ces fluctuations sont de deux types : thermiques, liées à la température, et actives, produites par les processus internes de la cellule. Jusqu’ici, la physique considérait que ces mouvements, bien que réels, ne pouvaient pas produire d’énergie utilisable. En cause : une loi fondamentale de la thermodynamique, selon laquelle on ne peut extraire de travail à partir de simples fluctuations aléatoires à l’équilibre. Mais une cellule vivante n’est pas un système à l’équilibre.
La flexoélectricité : un pont entre mécanique et électricité
L’étude repose sur un phénomène physique encore peu connu hors du champ scientifique : la flexoélectricité.
La flexoélectricité décrit un couplage direct entre la courbure d’une membrane et la polarisation électrique qui en résulte. Autrement dit, lorsqu’une membrane se plie, elle génère un signal électrique. Cette propriété est universelle dans les matériaux diélectriques, et particulièrement marquée dans les membranes biologiques, extrêmement souples et fines. Contrairement à la piézoélectricité, souvent citée dans les matériaux technologiques, la flexoélectricité ne nécessite aucune structure rigide ou cristalline : elle est naturellement présente dans le vivant.
Les auteurs rappellent un point essentiel : les fluctuations thermiques seules, bien qu’elles génèrent des signaux électriques transitoires, restent symétriques dans le temps. Elles produisent autant de variations positives que négatives, sans direction privilégiée. Résultat : aucun courant net, aucun voltage durable, aucune énergie récupérable. C’est précisément cette limite que l’étude cherche à dépasser.
La cellule comme système actif hors équilibre
La clé du raisonnement réside dans une distinction fondamentale : une cellule vivante est un système actif, continuellement alimenté en énergie chimique.
Les fluctuations actives de la membrane amplifient fortement la réponse flexoélectrique. Dans des conditions physiologiques réalistes, le modèle montre que la polarisation électrique moyenne de la membrane augmente, un voltage transmembranaire stable apparaît, son amplitude peut atteindre plusieurs dizaines de millivolts. Dans certains cas, l’augmentation calculée dépasse 90 mV, soit un ordre de grandeur comparable à celui observé dans les cellules nerveuses. Il ne s’agit plus d’un simple signal fugace, mais d’un état électrique soutenu.
L’étude va plus loin en montrant que cette électricité produite mécaniquement peut être utilisée pour effectuer un travail biologique précis : le transport actif d’ions
Ce que cette étude change dans notre regard sur le vivant
Cette recherche ne remet pas en cause les mécanismes biochimiques classiques. Elle montre que le vivant possède des capacités électromécaniques intrinsèques, que les membranes ne sont pas de simples supports passifs, qu’une partie de l’énergie électrique cellulaire peut provenir directement de l’activité mécanique interne. La cellule apparaît alors comme un système où mécanique, électricité et activité biologique sont profondément entremêlées.
Une approche qui, sans spéculation excessive, rappelle que la vie ne se contente pas de consommer de l’énergie : elle sait aussi la transformer, au cœur même de ses structures les plus élémentaires.
Source
Khandagale P., Liu L., Sharma P., Flexoelectricity and the fluctuations of (active) living cells: Implications for energy harvesting, ion transport, and neuronal activity, PNAS Nexus, 2025
