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Selon de nouvelles recherches menées par les universités de Birmingham et d’Utrecht, de minuscules microalgues électroluminescentes qui se trouvent dans l’océan pourraient fortement contribuer au développement de la prochaine génération de cellules solaires organiques super-efficaces.

Les microalgues sont probablement les organismes vivants les plus anciens de la planète. Elles ont évolué au fil des milliards d’années et possèdent aujourd’hui des systèmes de conversion de la lumière en énergie dont le rendement peut atteindre 95%. Cela leur permet de survivre dans les environnements les plus extrêmes et de s’adapter aux changements que la planète a connu au cours de cette période.

En comprenant en détail le fonctionnement de ce système, nous pourrions obtenir d’importants indices sur la façon dont il pourrait être utilisé ou recréé pour être intégré à de nouveaux panneaux solaires organiques super-efficaces. Cependant, en raison de la complexité des organismes et de la grande variété des espèces, les progrès dans ce domaine ont été limités.

L’équipe de chercheurs a utilisé certaines des méthodes avancées d’une technique appelée spectrométrie de masse, qui lui a permis de caractériser les composantes individuelles du système de capture de la lumière des algues.

La structure capturant la lumière et la convertissant en énergie est le phycobilisome. Il s’agit d’un complexe collecteur d’énergie lumineuse (comme une antenne) de l’appareil photosynthétique présent notamment chez les cyanobactéries (Cyanobacteria) et les algues rouges (Rhodophyta).

phycobilisome structure

Structure schématique d’un phycobilisome. Crédits : Simpsons contributor/Wikipédia

Cette approche leur a permis de révéler des détails de modules distincts du système, qui n’avaient jamais été identifiés auparavant. Ces données aideront les scientifiques à comprendre pourquoi les microalgues sont si efficaces dans cette conversion énergétique. L’étude a été publiée dans la revue Cell Chem.

L’équipe a entre autre utilisé la spectrométrie de masse multimodale pour élucider l’hétérogénéité moléculaire de la B-phycoérythrine, la principale phycobiliprotéine de l’algue rouge P. cruentum. La B-phycoérythrine se compose de 12 sous-unités (αβ) dont 12 sont disposées en anneau avec la cavité centrale abritant une sous-unité de liaison (γ), qui est cruciale pour stabiliser la B-phycoérythrine dans le phycobilisome.

En utilisant une autre technique de spéctroscopie de masse, les chercheurs ont réussi à mettre en évidence le rôle clé que joue γ dans l’organisation du phycobilisome, qui permet une transmission optimale de la lumière.

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proteines fluorescentes

Protéines fluorescentes utilisées lors des expériences en laboratoire. Crédits : University of Birmingham

Aneika Leney, de la School of Biosciences de l’Université de Birmingham, auteure principal de l’étude, explique : « Les microalgues sont des organismes fascinants qui peuvent faire beaucoup mieux que les systèmes conçus par les ingénieurs ». « En appliquant ces connaissances, nous pouvons commencer à faire de réels progrès dans l’adaptation de ces systèmes pour l’utilisation dans les panneaux solaires ».

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« Notre présomption est que lorsque vous voyez des algues, elles ont l’air lentes et certainement pas très intéressantes. Mais lorsqu’on examine les détails moléculaires de leurs ‘machines’ leur permettant de convertir si efficacement la lumière du soleil en énergie, on s’aperçoit qu’elles sont plus sophistiquées que les montres suisses les plus complexes. Cela doit être le produit de 3 milliards d’années de réglage fin, appelé évolution », a ajouté le professeur Albert Heck, directeur scientifique du Centre néerlandais de protéomique de l’Université d’Utrecht.

La prochaine étape pour les chercheurs consistera à étudier plus en détail comment l’énergie est transférée par ces systèmes de récupération de la lumière et à déterminer pourquoi les modules qu’ils ont identifiés sont si efficaces. « Avec la plupart des panneaux solaires sur les maisons britanniques fonctionnant à une efficacité de 10-20%, l’amélioration de ce rendement à 90-95% va augmenter considérablement l’utilisation des panneaux solaires et, ce faisant, aider à préserver l’environnement », conclut le Dr Leney.

Sources : Cell Chem, University of Birmingham

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