Selon une nouvelle étude, des scientifiques japonais ont peut-être déverrouillé la clé pour recréer la façon dont les plantes effectuent la photosynthèse, ouvrant potentiellement la voie à de nouvelles façons de récolter l’énergie solaire.
Les plantes et certaines bactéries sont capables d’effectuer la photosynthèse – transformant la lumière du soleil en énergie chimique – en utilisant des supramolécules récoltant la lumière. Mais alors que ces supramolécules complexes ont déjà été étudiées, les humains n’ont pas été capables de les recréer artificiellement.
Jusqu’à présent, disent les scientifiques.
Un article publié dans la revue à comité de lecture revue Chemical Communications la semaine dernière décrit comment les chercheurs ont pu synthétiser et étudier la formation de supramolécules récoltant la lumière, qui, selon eux, pourraient jouer un rôle central dans la future technologie solaire.
Une supramolécule, ou supermolécule, est une entité créée par deux molécules ou plus maintenues ensemble par une liaison non covalente, l’exemple le plus connu étant la structure en double hélice de l’ADN.
La recréation de supramolécules récoltant la lumière a échappé aux scientifiques en raison de leur complexité. Ils sont constitués de nombreux pigments, tels que la chlorophylle, disposés selon un motif spécifique qui change selon les espèces, allant des structures en spirale qui se transforment en grands tubes chez les bactéries photosynthétiques vertes aux empilements en forme d’anneaux chez les bactéries photosynthétiques violettes.
Ce sont ces structures en forme d’anneau sur lesquelles les chercheurs se sont concentrés dans la nouvelle étude. En mélangeant des produits chimiques et des protéines dans un solvant organique, les chercheurs ont découvert comment déclencher l’auto-assemblage des substances dans la supramolécule en forme d’anneau.
La découverte initiale a été une surprise. Une fois que les chercheurs ont étudié de plus près le processus d’auto-assemblage, ils ont découvert qu’il existait une étape intermédiaire, dans laquelle les molécules formaient initialement des nanofibres ondulées.
À ce stade, il était possible pour les chercheurs de guider le processus d’assemblage à l’aide de la chaleur. Lorsque les nanofibres ont été chauffées à 50 degrés Celsius, elles ont formé des nanoanneaux plus petits, qui se sont finalement joints aux structures en forme d’anneaux recherchées par les chercheurs.
Cela signifie, selon les chercheurs, qu’ils sont capables de synthétiser ces supramolécules récoltant la lumière grâce à cette méthode de manipulation des molécules avec de la chaleur et d’ajustement de la concentration de chlorophylle.
L’étude a noté que cela ne nécessitait pas d’échafaudages protéiques, un outil souvent utilisé pour favoriser la liaison et la croissance cellulaires.
“Les auto-assemblages que nous avons synthétisés permettent une absorption efficace de la lumière solaire ainsi qu’une migration et un transfert d’énergie d’excitation”, a déclaré Shogo Matsubara, professeur adjoint à l’Institut de technologie de Nagoya et l’un des membres de l’équipe de recherche, dans un communiqué de presse.
“Imiter l’arrangement des pigments de chlorophylle observés dans la nature est essentiel non seulement pour comprendre la photosynthèse naturelle, mais également pour construire des systèmes artificiels de LH (récolte de la lumière) pour des appareils tels que les cellules solaires.”
Les humains ont déjà un moyen d’exploiter la puissance du soleil : la technologie solaire comme les panneaux solaires.
Mais alors que les panneaux solaires utilisent des semi-conducteurs pour absorber l’énergie solaire et la transformer en électricité, l’idée derrière la photosynthèse artificielle est d’imiter la façon dont les plantes stockent l’énergie du soleil et l’utilisent pour diviser les molécules d’eau afin de créer plusieurs types d’énergie.
Les chercheurs ont noté que la capacité d’ajuster la structure des supramolécules à l’aide de stimuli externes signifie qu’il pourrait être possible de créer à l’avenir des matériaux intelligents qui pourraient être ajustés au niveau moléculaire pour mieux effectuer la photosynthèse.
On ne sait pas encore quand nous pourrons exploiter ces supramolécules artificielles de collecte de lumière dans le cadre de la technologie solaire, mais les chercheurs affirment que d’autres recherches sur leurs propriétés optiques sont en cours.
