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Un mécanisme protecteur chez les plantes pourrait mener à de meilleures technologies solaires

Nouvelles Énergie solaire bioinspirée Chercheurs Mondiaux 27.07.2017

Juste une heure de soleil disperse plus d’énergie à la surface de la Terre que ce que consomment les humains en un an. Afin de répondre à leurs besoins, les humains ont encore beaucoup de chemin à faire pour améliorer leurs techniques de captage et d’exploitation de l’énergie solaire. L’évolution a accompli un bien meilleur travail.

Toutes les plantes tirent leur énergie du soleil. Elles prennent la lumière et la convertissent en aliment, créant comme sous-produit l’oxygène dont nous avons besoin. Mais si l’exposition à la lumière est trop grande, l’absorption de l’énergie excédentaire peut endommager les cellules végétales. Alors comment les plantes et les autres organismes qui ont besoin du soleil pour produire de l’énergie réussissent-ils à maîtriser la quantité de lumière absorbée par temps nuageux et à éviter une surexposition par temps ensoleillé?

Un nouvel article publié cette semaine dans la revue Nature Chemistry présente la découverte de deux des mécanismes utilisés par l’algue verte et la mousse pour se protéger contre cette énergie excédentaire. Ce mécanisme de défense s’appelle photoprotection. Des chercheurs au MIT et à l’Université de Vérone sont à l’origine de ces résultats prometteurs qui pourraient avoir un impact important sur l’amélioration de la technologie solaire et du rendement des récoltes.

« C’est tout un défi pour les systèmes photosynthétiques que de s’adapter à des sources d’énergie fluctuantes », dit Gabriela Schlau-Cohen (MIT), auteure principale de l’article et Chercheuse mondiale Azrieli de l’ICRA. Ils ont surmonté ce défi par l’évolution d’un ensemble dynamique de mécanismes qui leur permet de réagir en tout temps aux changements environnementaux, contrairement à la machinerie que nous fabriquons.

Schlau-Cohen et ses collègues ont exploré le mode de fonctionnement de la protéine collectrice de lumière, LHCSR1, responsable de l’activation de la libération de l’énergie excédentaire sous forme de chaleur et de la conversion de la lumière en chaleur.

À l’aide d’un microscope extrêmement sensible apte à examiner une protéine unique, les chercheurs ont mesuré ce qui arrive à la protéine collectrice de lumière quand on l’expose à différentes conditions lumineuses. Ils ont découvert qu’elle agit comme une soupape de sécurité grâce à laquelle l’énergie qui excède la capacité de la machinerie photosynthétique en amont est libérée sous forme de chaleur.

« Nous avons découvert que cette dissipation se produit par l’entremise de deux processus différents conçus pour réagir à deux types de changements dans l’intensité solaire », explique Schlau-Cohen.

Le premier mécanisme protecteur est activé rapidement, quelques secondes après un changement lumineux soudain, comme quand le soleil sort des nuages. Le deuxième mécanisme s’active plus graduellement en réaction à un changement plus lent, comme l’augmentation progressive de la lumière au lever du soleil.

Les plantes ont tendance à activer la photoprotection très rapidement en réaction au soleil et à la désactiver lentement, dit Schlau-Cohen. Ce mode de fonctionnement aide les plantes à survivre, mais cela veut dire qu’elles produisent moins de biomasse qu’elles le pourraient. Une étude publiée dans la revue Science en novembre dernier a démontré que l’accélération des étapes en jeu dans la photoprotection stimule la production de biomasse de 15 pour cent dans des conditions normales. Si on optimisait encore davantage le processus, cela pourrait augmenter d’autant plus la production.

Les collègues de Schlau-Cohen à l’Université de Vérone sont en train de créer des versions mutées de la protéine LHCSR1 que les chercheurs vont utiliser pour voir s’ils peuvent produire plus de biomasse tout en offrant une certaine photoprotection.

« Grâce à une meilleure compréhension de ces mécanismes, nous pourrons plus judicieusement les réguler. Par exemple, peut-être souhaiterions-nous activer certaines choses et en désactiver d’autres, plutôt que de tout activer », dit Schlau-Cohen.

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