Les chercheurs de l'Institut des Sciences Photoniques (ICFO) en Espagne ont mis en évidence des phénomènes de cohérence quantique dans le transport de l'énergie lumineuse par des protéines lors de la photosynthèse. Cette propriété explique pourquoi l'énergie lumineuse est transmise avec une telle efficacité dans le processus chimique. Il s'agit d'un élément essentiel dans la recherche de la mise au point de cellules solaires plus efficaces.

Lors de la photosynthèse, les molécules chimiques qui entrent en jeu sont capable de capter et d'utiliser 95% de l'énergie lumineuse reçue de la lumière solaire. Les meilleures cellules photovoltaïques atteignent un rendement d'environ 20%. La Nature fait donc bien mieux les choses. Les chercheurs s'intéressent de près aux processus chimiques en cours lors de la photosynthèse afin de percer tous les détails et parvenir à reproduire artificiellement ces réactions.

Dans cette quête, les chercheurs de l'ICFO viennent d'apporter un élément supplémentaire. Les molécules chimiques qui récupèrent l'énergie solaire et sont capables de la transmettre dans la cellule pour qu'elle soit utilisée lors des réactions chimiques réalisent ces étapes avec un rendement étonnant. En effet, les interactions entre la lumière et la matière sont nombreuses et les chercheurs pourraient s'attendre à ce que ces molécules absorbent l'énergie qu'elles sont censées transmettre par exemple.

En perfectionnant aux limites du possible un instrument permettant de suivre le transfert de l'énergie lumineuse à l'échelle d'une molécule unique, les chercheurs ont observé que cette transmission d'énergie impliquait le maintien de la cohérence quantique. "Ici, c'est le principe quantique fondamental de superposition qui s'applique", explique M. Van Hulst, chercheur à l'ICFO. "La propriété d'être dans plusieurs endroits en même temps. Les chlorophylles couplés partagent leurs propriétés quantiques, et ainsi l'énergie lumineuse capturée à partir d'un photon incident peut se déplacer librement dans le système, libre des pièges que présenterait un système découplé qui retarderait ou absorberait l'énergie lumineuse."

Par cohérence quantique, les photons incidents - paquets d'énergie lumineuse - suivent toujours le chemin le plus favorable. Par ailleurs, les chercheurs ont observés que les différentes antennes chimiques utilisées pour capter l'énergie voyaient leurs propriétés varier en fonction des conditions extérieures, assurant en permanence une captation optimale.

La méthode instrumentale reste la grande prouesse technique de cette découverte. Elle consiste à envoyer des flashs lumineux d'une durée extrêmement courte (quelques millionièmes de milliardièmes de seconde) afin de sonder le système et reconstruire des images de son évolution. Le tout à l'échelle de molécules individuelles. "Nous avons pu voir comment se transporte le flux d'énergie dans les systèmes biologiques qui utilisent la photosynthèse avec une résolution spatiale et temporelle jamais obtenues ; grâce à cela, nous avons pu voir comment les effets quantiques jouent un rôle fondamental dans la photosynthèse à température ambiante", confirme Richard Hildner l'un des auteurs des travaux.

Ces données sont précieuses pour pouvoir construire des systèmes chimiques artificiels capables de rivaliser avec les systèmes biologiques dans la récupération de l'énergie lumineuse. Nul doute donc que ces travaux inspireront les chercheurs pour inventer les cellules solaires photovoltaïques de demain.

Pour en savoir plus, contacts :
    
[1] Quantum Coherent Energy Transfer over Varying Pathways in Single Light-Harvesting Complexes, Science, Vol. 340 no. 6139 pp. 1448-1451DOI:10.1126/science.1235820, 21/06/2013 - http://www.sciencemag.org/content/340/6139/1448.full

Code brève
ADIT : 73575

Sources :    
Observan el mundo cuantico de la fotosintesis, SINC, 20/06/2013 - http://redirectix.bulletins-electroniques.com/DuVdZ

Rédacteurs :
    
Vincent Reillon, Attaché pour la Science et la Technologie - Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser." target="_blank">

 

• < Précédent
• Suivant >