L'institut
Actualité de FEMTO-ST

Vous êtes ici

Comprendre les transferts d'énergie lors de la photosynthèse

A l'aide de trois pigments manipulés par microscopie à effet tunnel, les chercheurs de l'IPCMS et de FEMTO-ST étudient les transferts d'énergie entre molécules pour comprendre plus finement le mécanisme de photosynthèse dans les végétaux. Ces travaux sont publiés dans Nature Chemistry.

La photosynthèse permet aux végétaux de transformer l’énergie solaire en énergie chimique nécessaire à leur croissance. Ce mécanisme est réalisé par un assemblage complexe de molécules organiques, les pigments, ayant pour but de collecter, transporter et transformer l’énergie solaire. Les transferts d’énergie successifs se font par sauts entre molécules voisines, mais également via des phénomènes collectifs, potentiellement cohérents, impliquant simultanément un plus grand nombre de pigments. Mieux comprendre ces effets nécessite de décortiquer ces assemblages de pigments, afin d’étudier séparément le rôle de chaque unité active dans la photosynthèse. Dans cette étude, en adoptant une approche dite « bottom-up », les chercheurs et les chercheuses utilisent des pigments modèles isolés les uns des autres, qu’ils réassemblent ensuite de sorte à former les premières bases fonctionnelles capables de reproduire les mécanismes de transfert d’énergie intervenant dans la photosynthèse.

Trois pigments différents sont ainsi déposés par évaporation sur une surface en très faible quantité, afin de disposer de molécules éloignées les unes des autres. Un microscope à effet tunnel permet de visualiser chacun des pigments, puis de les manipuler un à un, de sorte à former des structures proches des briques élémentaires observées dans les systèmes photosynthétiques naturels. Un premier pigment, dit donneur, absorbe une excitation. Un second joue le rôle d’intermédiaire qui, selon sa nature, augmente ou réduit l’efficacité du transfert d’énergie. Un troisième pigment, accepteur, transforme cette énergie en photon. Dans l'expérience, le microscope à effet tunnel est utilisé pour émettre un électron afin de générer une excitation locale d’un des pigments, ce qui permet de reproduire le mécanisme d’absorption d’un photon par un pigment de la plante. L’énergie reçue par l’accepteur est convertie en photons plutôt qu’en énergie chimique. La réaction correspond ainsi à une photosynthèse à l'envers, la capture d'un électron amenant à la libération d'un photon, mais les transferts d'énergie s’opèrent de la même façon.

Cette approche permet de contrôler la distance et l’orientation entre les pigments avec une précision proche de la distance séparant deux atomes et les chercheurs ont ainsi pu mettre en avant le rôle joué par des interactions dans le mécanisme de transfert d’énergie. Elles sont soit de longue portée, de type dipôle-dipôle, soit de courte portée, ces dernières relevant d’un mécanisme, dit d’échange, propre à la physique quantique. Cette étude montre également que, selon sa nature chimique, le pigment intermédiaire peut jouer un rôle de relais actif de l’excitation, amplifier le transfert d’énergie entre deux molécules sans directement intervenir dans le processus, ou partiellement le bloquer.

Ainsi, en utilisant des briques élémentaires similaires à celles utilisées par la plante pour transporter et convertir l’énergie solaire, les chercheurs ont mis au point une plateforme pour reproduire les mécanismes fins de la photosynthèse et, dans un futur proche, les élucider.

Schéma de l’expérience où la pointe d’un microscope à effet tunnel (en gris) est utilisée pour exciter un assemblage de trois pigments proches de ceux impliqués dans la photosynthèse des végétaux. L’excitation générée dans le pigment bleu est transférée, séquentiellement, jusqu’au pigment rouge où l’énergie est transformée en photon (en haut). Image de fluorescence hyper-résolue des trois pigments (en bas).    (Crédit : Guillaume Schull, IPCMS)

DOI : 10.1038/s41557-021-00697-z.

Contact FEMTO-ST : Frédéric Cherioux, Directeur de recherche CNRS

Voir l'article paru sur le site de l'INP

  • Sabina Kuprenaite reçoit le Best Presentation Award à ISIF 2017

    Sabina Kuprenaite (département TF) vient d'être récompensée par l'award de la meilleure présentation lors d'International Symposium on Integrated Functionalities.

    Lire la suite
  • Des chercheurs de FEMTO-ST ont fabriqué un vrai sabre laser

    A l'occasion de la sortie du 8ème épisode de STAR WARS, France Bleu Besançon diffuse une interview insolite sur les Skywalker et Kenobi de FEMTO-ST !

    Lire la suite
  • Les experts mondiaux du domaine de l’électrification des véhicules sont réunis à Belfort

    Après Séoul, Pékin, Chicago ou encore Montréal,c’est Belfort qui accueille cette année du 11 au 14 décembre quelques 350 chercheurs & ingénieurs,experts mondiaux qui sont venus traiter des sujets liés au développement des véhicules hybrides, électriques, à hydrogène, mais aussi des questions liées à l’infrastructure de recharge de ces véhicules, et plus généralement, des questions de mobilité électrique.

    Lire la suite
  • Daniel Hissel (Département Energie) à la UNE de CNRS Le Journal

    A l'occasion du congrès VPPC qui débute le lundi 11 décembre 2017, Daniel Hissel évoque dans CNRS Le Journal les atouts de l'hydrogène...

    Lire la suite
  • Industriels, augmentez votre compétitivité via l'innovation !

    Une journée interactive sur la thématique de l'aéronautique pour découvrir les possibilités de collaboration avec l'institut de recherche FEMTO-ST et son centre de R&D FEMTO Engineering.

    Lire la suite
  • FEMTO-ST met en avant ses travaux sur l'intelligence artificielle

    Les prouesses de l'intelligence artificielle devraient changer notre quotidien. Laurent Larger et Daniel Brunner (optique) nous éclairent sur cette innovation révolutionnaire : ils utilisent la lumière pour calculer à la manière d'un cerveau humain.

    Lire la suite
  • Des vibrations pour mesurer les microfibres optiques

    Les nanotechnologies ont miniaturisé les composants électroniques au point qu’ils nécessitent de nouveaux outils de mesure. Des chercheurs de FEMTO-ST et du laboratoire Charles Fabry proposent ainsi une nouvelle méthode précise et plus simple pour mesurer le diamètre de microfibres optiques grâce à des vibrations sonores.
    Ces travaux sont publiés dans la revue Optica et sont mis en avant par le CNRS

    Lire la suite
  • Prix de la meilleure thèse 2016 du GdR Robotique

    Mohamed Taha Chikhaoui, Doctorant au sein de l'équipe MiNaRoB du département AS2M de FEMTO-ST, a obtenu le prix de la meilleure thèse 2016 du GdR Robotique pour un "Nouveau concept de robots à tubes concentriques à micro-actionneurs à base de polymères électro-actifs".

    Lire la suite
  • Frontiers in Photonics Symposium

    Ce symposium organisé par FEMTO-ST mettra en vedette vendredi 24 novembre à Besançon l'intervention de deux scientifiques de renommée internationale et sera également l'occasion de rassembler des scientifiques, des post-doctorants et des doctorants autour du thème général de l'optique.

    Lire la suite
  • Workshop MicroPhononics & applications

    Dans le cadre de son Labex ACTION, FEMTO-ST organise les 16 et 17 novembre un « workshop » sur la microphononique et ses applications, en collaboration avec le GdR META (« Métamatériaux acoustiques pour l'ingénierie »).

    Lire la suite

Pages