Les scientifiques se rapprochent de la photosynthèse artificielle
Selon une nouvelle étude, des scientifiques japonais ont peut-être trouvé la clé pour recréer la manière dont les plantes effectuent la photosynthèse, ce qui pourrait ouvrir la voie à de nouvelles méthodes de récolte de l’énergie solaire.
Les plantes et certaines bactéries sont capables d’effectuer la photosynthèse (transformation de la lumière du soleil en énergie chimique) en utilisant des supramolécules qui captent la lumière. Mais si ces supramolécules complexes ont déjà été étudiées, l’homme n’a pas été en mesure de les recréer artificiellement.
Jusqu’à maintenant, disent les scientifiques.
Un article publié dans la revue Chemical Communications la semaine dernière explique comment les chercheurs ont pu synthétiser et étudier la formation des supramolécules photoréceptrices, qui, selon eux, pourraient être essentielles à la future technologie solaire.
Une supramolécule, ou supermolécule, est une entité créée par deux ou plusieurs molécules maintenues ensemble par une liaison non covalente, l’exemple le plus connu étant la structure en double hélice de l’ADN.
La recréation des supramolécules photoréceptrices a échappé aux scientifiques en raison de leur complexité. Elles sont constituées de nombreux pigments, tels que la chlorophylle, disposés selon un schéma spécifique qui change en fonction de l’espèce, allant de structures en spirale qui se transforment en gros tubes chez les bactéries photosynthétiques vertes à des empilements en forme d’anneau chez les bactéries photosynthétiques violettes.
C’est sur ces structures en forme d’anneau que 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 en supramolécules en forme d’anneau.
La découverte initiale a été une surprise. Après avoir examiné de plus près le processus d’auto-assemblage, les chercheurs ont découvert qu’il existait une étape intermédiaire, au cours de laquelle les molécules formaient initialement des nanofibres ondulées.
À ce stade, les chercheurs ont pu 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 nanofibres plus petites, qui ont fini par s’assembler pour former les structures annulaires recherchées par les chercheurs.
Selon les chercheurs, cela signifie qu’ils sont capables de synthétiser ces supramolécules qui captent la lumière en manipulant les molécules par la chaleur et en ajustant la concentration de chlorophylle.
L’étude souligne que cette méthode ne nécessite pas d’échafaudages protéiques, un outil souvent utilisé pour favoriser la liaison et la croissance des cellules.
« Les auto-assemblages que nous avons synthétisés permettent une absorption efficace de la lumière du soleil ainsi que la migration et le transfert de l’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 la disposition des pigments de chlorophylle observée dans la nature est essentiel non seulement pour comprendre la photosynthèse naturelle, mais aussi pour construire des systèmes LH (récolte de la lumière) artificiels pour des dispositifs tels que les cellules solaires. »
Les humains ont déjà un moyen d’exploiter la puissance du soleil : la technologie solaire telle que 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 réaliser la photosynthèse.
On ne sait pas encore quand nous serons en mesure d’exploiter ces supramolécules artificielles qui captent la lumière dans le cadre de la technologie solaire, mais les chercheurs affirment que d’autres études sur leurs propriétés optiques sont en cours.