Des photons convertis en électrons

Le photosystème I, au centre de la construction moléculaire permettant de convertir la lumière en électrons.

C'est sur la première phase de la photosynthèse qu'a travaillé l'équipe de chimistes. Ils se sont tout particulièrement à un photosystème noté PSI : c'est cet assemblage complexe d'une centaine de biomolécules qui permet aux chloroplastes de convertir l'énergie portée par un photon lumineux en énergie chimique, plus précisément en un électron. Celui-ci peut ensuite être utilisé par une molécule voisine au cours d'une réaction chimique : dans la cas présent, une enzyme hydrogénase catalyse la conversion des protons H+ et d'électrons en dihydrogène H2.

Dans la cellule, ces différentes molécules sont espacées : le transfert d'un électron produit par le PSI vers l'enzyme repose sur des phénomènes de diffusion non dirigés, et s'avère donc limité. Les chimistes ont voulu améliorer le rendement du système en accélérant le transfert d'électrons : ils ont synthétisé un composé plus condensé, liant le PSI à l'enzyme grâce à un "câble" moléculaire. Ce câble, qui ne mesure qu'une fraction de nanomètre (soit un milliardième de mètre), permet un transfert directe et donc rapide de l'électron produit par le PSI vers l'enzyme.

Là où un photosystème I appartenant à la cyanobactérie Synechococcus (une bactérie photosynthétique, comme les plantes) ne peut convertir chaque seconde que 47 photons en électrons, le composé obtenu présente un rendement deux fois plus important (105 conversions par seconde, mesuré à partir de la production de dihydrogène par l'enzyme). Le composé hybride, formé à partir de biomolécules et de fragments organiques synthétisés au laboratoire, permet donc de convertir plus efficacement l'énergie lumineuses des photons que le processus naturel de photosynthèse. Le flux d'électrons canalisé n'est rien d'autre qu'un courant électrique : il pourrait donc être utilisé dans une cellule photovoltaïque, ou pour alimenter comme c'est le cas ici des réactions chimiques afin de fournir des biocarburants, comme ici le dihydrogène.

Source : C. Lubner et al., Solar hydrogen-producing bionanodevice outperforms natural photosynthesis, PNAS, 12 décembre 2011.

Crédit photo : Oregon Department of Transportation (CC BY 2.0) ; Curtis Neveu (CC BY-SA 3.0).


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