Photosynthèse et mécanique quantique...

[Thirga.ounevdhou]

En conclusion, on n’invente rien…On ne fait que copier la nature....
Les ordinateurs quantiques et les brins d'herbe ont de façon surprenante plus de choses en commun qu'on pourrait le penser. Des physiciens américains viennent de montrer que les électrons concernés dans les réactions de photosynthèse "échantillonnent" différents itinéraires (au point de vue des niveaux d'énergie) plus ou moins de la même façon que le font les ordinateurs quantiques (au moins en théorie) pour effectuer des recherches dans des bases de donnees non triées. Les chercheurs prétendent que leur découverte pourrait expliquer pourquoi la photosynthèse possède une efficacité que les batteries solaires artificielles sont bien loin d'égaler.

Sans discussion possible la réaction chimique la plus commune sur terre, la photosynthèse, permet aux plantes d'exploiter l'énergie du soleil en convertissant le dioxyde de carbone et l'eau en hydrates de carbone riches en énergie. La plupart du temps le phénomène se produit dans les molécules de chlorophylle, qui sont disposées de façon telle que des molécules voisines possèdent différents niveaux d'énergie. Quand le Soleil éclaire une de ces molécules, un éléctron est momentanément excité avant de transmettre son énergie à une molécule voisine de niveau d'énergie légèrement moins élevé. De cette façon l'énergie s'écoule "en cascade" de niveau en niveau jusqu'à atteindre un "centre de réaction" crucial où la photosynthèse se produit réellement.

Les scientifiques supposaient que l'énergie s'écoulait un peu au hasard, essentiellement selon une suite de sautillements incohérents entre les niveaux. Mais ce mécanisme n'expliquait pas comment l'énergie solaire est transférée aussi rapidement au centre de réaction, ce qui permet à la photosynthèse d'avoir un rendement de 95% ou plus. Gregory Engel et ses collègues de l'université de Berkeley en Californie pensent désormais avoir trouvé la réponse, et celle-ci a à voir avec la mécanique quantique.

Leur équipe a utilisé une technique de spectroscopie électronique 2D pour tracer les niveaux d'énergie des électrons à travers un certain type de chlorophylle. Les physiciens ont découvert des variations régulières du signal durant quelques centaines de femtosecondes, qu'ils ont interprétés comme autant de "battements quantiques" reliant de manière cohérente tous les niveaux d'énergies entre eux. Selon Engel, l'excitation est capable de trouver l'itinéraire optimal vers le centre de réaction sans aucun gaspillage d'énergie dû à des tentatives au hasard: "c'est un peu comme si l'excitation pouvait 'sentir' le bon chemin sans avoir à les visiter tous un par un," indique-t-il.

Il se trouve que l'informaticien Lov Grover a utilisé une méthode analogue en 1997 en développant l'"algorithme de Grover", qui s'est avéré être la recherche la plus rapide possible dans une base de données non triée en calcul quantique. "Dans le cas de la photosynthèse, l'énergie recherche l'itinéraire optimal à suivre pour parvenir à l'endroit où elle sera utile," note Roseanne Sension de l'université du Michigan.

Certains scientifiques ont toutefois quelques doutes sur les conclusions d'Engel, notamment parce que l'expérience a été effectuée à une Temperature de 77 K que les chercheurs ont choisi précisément parce qu'à cette température le comportement des électrons est amplifié de sorte qu'il soit plus facile de réussir l'expérience. Mais les chercheurs insistent sur le fait que le processus de transfert d'énergie demeurerait le même à des températures plus ordinaires, ce dont, par exemple, n'est pas convaincue R. Sension.

- Source: PhysicsWeb

[darwish]

Salaam,

Selon Engel, l'excitation est capable de trouver l'itinéraire optimal vers le centre de réaction sans aucun gaspillage d'énergie dû à des tentatives au hasard: "c'est un peu comme si l'excitation pouvait 'sentir' le bon chemin sans avoir à les visiter tous un par un," indique-t-il.

Ca mériterait une intervention de R. P. Feynman, wallah rien que pour le plaisir de le voir commenter tout cela.

[saryta]

Mais ce mécanisme n'expliquait pas comment l'énergie solaire est transférée aussi rapidement au centre de réaction, ce qui permet à la photosynthèse d'avoir un rendement de 95%

Ce qu'on m'a appris:

Dans un photosystème, on trouve une antenne et un centre réactionnel. L'antenne comporte 300 à 400 molécules de differents pigments, chlorophylliens et caroténoides, qui ont des spectres d'absorption différents. Le pourcentage de chaque pigment diffère d'une variété de plante à une autre.
Chez l'épinard, par exemple, le transfert de l'énergie, de l'antenne à la molécule piège qui se trouve dans le centre réactionnel, met en jeu toutes les variétés de pigments, et ce transfert se fait des caroténoides à la chlorophylle b puis à la chlorophylle a puis au centre réactionnel, en passant passant par celles ayant des maxima d'absorption de plus en plus élevés!
Le transfert d'énergie d'excitation entre les molécules de chlorophylle est très efficace puisque 95% de l'énergie est conservée; mais il est beaucoup moins efficace entre des molécules de caroténoides et lesmolécules de chlorophylle b puisque 50% seulement de l'énergie est conservée, l'énergie perdue étant dissipée sous forme de chaleur et d'émission de lumière de fluorescence.