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Des scientifiques de Rensselaer découvrent certains secrets essentiels de la photosynthèse

Des scientifiques de Rensselaer découvrent certains secrets essentiels de la photosynthèse

Des scientifiques de Rensselaer découvrent certains secrets essentiels de la photosynthèse 600 573 Sébastien BAGES

De nouvelles recherches, menées par les chimistes du Centre de recherche de Baruch ’60 sur l’Énergie Biochimique Solaire au Rensselaer Polytechnic Institute, ont observé en détail les différentes étapes des très efficaces réactions convertissant la lumière solaire en énergie chimique dans les plantes et les bactéries.


Sur un article publié dans l’édition récente de la Royal Society of Chemistry journal, Energy & Environmental Science [DOI: 10.1039/C2EE21210B], les scientifiques – dirigés par Lakshmi KV, professeur adjoint de chimie et biochimie à Rensselaer, et responsable scientifique du Centre Baruch ’60 – ont fourni des renseignements importants sur une partie spécifique du processus photosynthétique appelé photosystème II. « Cela a été un défi majeur pour observer directement les différentes étapes de la réaction de division solaire et eau qui a lieu dans le photosystème II », a exprimé Lakshmi. Cette découverte fournit une nouvelle découverte fondamentale sur la façon dont les plantes convertissent efficacement l’énergie du soleil et pourrait aider à éclairer l’élaboration d’une nouvelle génération, plus robuste et plus efficace, de technologies dans le domaine de l’énergie solaire.

Lakshmi a été rejoint dans la recherche par des étudiants de Rensselaer dont Milikisyants Sergey, Ruchira Chatterjee et Christopher Coates, ainsi que Faisal HM Koua et le Professeur Jian-Ren Shen de l’Université d’Okayama au Japon. La recherche est financée par le Bureau du Basic Energy Sciences du département américain de l’énergie.

« Le système de photosynthèse des plantes est la machine biologique naturelle la plus élaborée à l’échelle nanométrique », a déclaré Lakshmi. « Il convertit l’énergie lumineuse avec une efficacité inégalée de plus de 95%, comparativement aux 10 à 15% des technologies solaires actuelles fabriquées par l’homme. Afin de saisir l’efficacité en matière de technologie en énergie solaire, il faut d’abord s’attaquer à la science fondamentale de la photosynthèse par la compréhension chimique présente derrière son processus ultra-efficace de conversion naturelle d’énergie ».

La nouvelle recherche met l’accent sur la première étape des deux réactions photochimiques que les plantes utilisent pour convertir l’énergie solaire en énergie chimique qui a lieu au sein du photosystème II. Plus précisément, les chercheurs ont étudié la liaison et l’activation du substrat des molécules d’eau dans l’emplacement catalytique du photosystème II. Ce dernier est un complexe protéique chez les plantes et les cyanobactéries qui utilisent des photons de la lumière pour décomposer les molécules d’eau. Ceci est connu comme l’oxydation solaire de l’eau. Les protons et les électrons résultant de cette scission sont ensuite utilisés par cette usine pour alimenter les systèmes qui subsistent dans le processus de photosynthèse qui transforme la lumière en énergie chimique.


« Le photosystème II est le moteur de la vie », a déclaré Lakshmi. « Il effectue l’une des réactions les plus exigeantes énergiquement connues de l’humanité, pour séparer l’eau, et avec une facilité et une efficacité remarquables ».

Selon Lakshmi, une des difficultés principale dans l’étude du photosystème II est que les méthodes conventionnelles n’ont pas encore été en mesure de sonder profondément ce complexe, et le mécanisme des réactions photochimiques doit être parfaitement compris avant que nous puissions concevoir effectivement des technologies bio-inspirées qui imiteraient les processus naturels de la photosynthèse.

Dans cette nouvelle recherche, les scientifiques ont étudié l’emplacement catalytique du photosystème II, dénommé OEC (Oxygen-Evolving Complex). Cela fait partie du système qui décompose l’eau. Il le fait en cinq étapes distinctes. Si l’on en croit Lakshmi, seules les deux premières ont été étudiées en détail car celles restantes sont relativement instables et changent rapidement.

Pour comprendre les étapes les plus instables du processus, les scientifiques ont besoin d’outils avancés qui peuvent sonder ces systèmes complexes à l’échelle atomique. Pour cette recherche, Lakshmi et ses collègues ont pris au piège trois espèces différentes de photosystème II dans l’un des stades les plus instables du processus – la troisième étape dégageant de l’oxygène appelé intermédiaire S2 photochimique – en utilisant un éclairage à basse température. Ils ont ensuite analysé le système en utilisant une technique spectroscopique avancée appelée HYSCORE (HYperfine Sub-level Correlation spectroscopy) à deux dimensions.

L’outil détecte les interactions magnétiques faibles dans l’emplacement catalytique pour découvrir la structure et l’activation des molécules d’eau dans le substrat intermédiaire S2 du photosystème II. La technologie, découverte dans peu de laboratoires du monde, selon Lakshmi, a identifié quatre groupes importants d’atomes d’hydrogène liés à des molécules d’eau du substrat au sein du complexe dégageant de l’oxygène. Il s’agit d’une étape importante dans la détermination du sort des molécules d’eau dans la réaction d’oxydation de l’eau solaire qui se produit au sein du photosystème II, a dit Lakshmi.

« L’eau est une molécule très stable et il faut quatre photons de lumière pour la décomposer », a-t-il dit. « C’est un défi pour les chimistes et les physiciens du monde entier que de découvrir les exigences très strictes de la réaction de quatre photons ».


Citations de EurekAlert

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Sébastien BAGES
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Sébastien BAGES

Plus de trois années de travail passionné sur Civilisation 2.0 Actus, et fondateur de l'association Civilisation 2.0, je mets à contribution mon expertise de veille technique et scientifique, mon analyse de chef de projet, mon engouement pour la science et ses outils, et mon expérience dans le développement stratégique afin d'offrir à tous ce qui en résulte.

Un commentaire
  • Civilisation 2.0 : "Des scientifiques de Rensselaer découvrent certains secrets essentiels de la photosynthèse | Technos et humain | Scoop.it 10 novembre 2012 à 15h05

    […] De nouvelles recherches, menées par les chimistes du Centre de recherche de Baruch ’60 sur l’Énergie Biochimique Solaire au Rensselaer Polytechnic Institute, ont permis d'observer en détail les différentes étapes des très efficaces réactions convertissant la lumière solaire en énergie chimique dans les plantes et les bactéries…°°°°°°°°°°°°°°Baruch/Lakshmi Lab "Bio-inspired Solar Energy Conversion : http://baruch60center.org/group/index.php; […]

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