La transition vers de nouveaux matériaux photoniques commence sous l’eau
Alors que le monde cherche à se détourner des combustibles fossiles, une question de taille demeure: comment transformer efficacement les ressources renouvelables en énergie renouvelable? Pour répondre à cette question, les scientifiques du projet BEEP, financé par l’UE, se sont tournés vers le monde naturel. «Notre objectif était de comprendre comment les organismes qui utilisent la lumière comme source d’énergie maximisent la quantité d’énergie solaire qu’ils absorbent, stockent et convertissent», explique Silvia Vignolini, professeure et physicienne à l’université de Cambridge. Grâce à ces informations, le projet, soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, espère ouvrir la voie au développement de nouveaux matériaux et technologies photoniques innovants, capables d’optimiser la récolte et le stockage de l’énergie solaire.
Des stratégies étonnantes pour récolter la lumière
L’équipe du projet, qui comprend neuf chercheurs en début de carrière, s’est penchée sur ce sujet en commençant par étudier des exemples tirés du monde marin. Ils se sont particulièrement intéressés à différents coraux, microalgues, algues et limaces de mer qui ont évolué pour maximiser la photosynthèse dans un espace limité tout en évitant une exposition excessive à la lumière du soleil. «Ces organismes ont mis au point des stratégies étonnantes pour récolter efficacement la lumière et se protéger grâce à leurs structures spatiales compactes et hautement pigmentées», explique Silvia Vignolini. «Ils se sont également adaptés pour évoluer dans différents habitats et régimes de lumière.»
Un avantage coloré
L’une de ces stratégies est la couleur structurelle. «La vie marine est peuplée d’une grande diversité d’organismes aux couleurs incroyables, les couleurs les plus vives étant souvent obtenues grâce à l’interaction de la lumière avec des matériaux nanostructurés ordonnés», ajoute Silvia Vignolini. Les chercheurs du projet BEEP ont montré que cette couleur est non seulement jolie, mais qu’elle joue aussi un rôle biologique important. Par exemple, chez la mousse d’Irlande, une algue rouge, la couleur structurelle de l’organisme sert de mécanisme de photoprotection. «Nous avons démontré que la couleur bleue irisée à l’extrémité de ses frondes atténue la lumière la plus énergétique», remarque Silvia Vignolini. «En même temps, l’organisme favorise la récolte de la lumière verte et rouge grâce à ses antennes externes, qui possèdent un mécanisme de photoprotection dépendant de l’intensité.» Le projet a également étudié les propriétés photoniques et structurelles d’autres espèces d’algues. Ces travaux ont permis de caractériser des structures cellulaires étonnantes qui n’avaient jamais été décrites auparavant.
Transformer la recherche en matériaux et systèmes biomimétiques plus performants
Le projet a déjà traduit certaines de ses recherches en solutions pratiques. Par exemple, les chercheurs ont développé des biofilms bactériens iridescents et les ont transformés en pigments photoniques pour des applications matérielles, un résultat prometteur qui pourrait mener à la conception d’alternatives durables aux peintures conventionnelles et aux colorants toxiques utilisés aujourd’hui. Ceci ne constitue toutefois que la partie émergée de l’iceberg. «Je suis convaincue que nos recherches ouvriront la voie à des matériaux et systèmes biomimétiques plus performants, notamment des biophotoréacteurs pour la production durable de biomasse et d’énergie», conclut Silvia Vignolini.
Mots‑clés
BEEP, matériaux photoniques, énergie solaire, organismes marins, ressources renouvelables, énergie renouvelable, coraux, microalgues, algues, photosynthèse, matériaux biomimétiques