La photosynthèse commence avec une seule particule de lumière

Le billet science du week-end avec Mathilde Fontez, rédactrice en chef au magazine scientifique Epsiloon, nous parle aujourd'hui de la photosynthèse, cette fameuse réaction qui permet aux plantes de transformer la lumière en énergie. Des chercheurs ont réussi à en observer les toutes premières étapes.

franceinfo : On parle d’un exploit : l’observation de la photosynthèse, avec une seule particule de lumière ?

Mathilde Fontez : Oui, la photosynthèse, c’est sans doute la réaction la plus étudiée. Des dizaines de laboratoires, depuis des dizaines d’années, tentent de détailler comment font les plantes, les algues, certaines bactéries, pour transformer la lumière en carburant, avec une si grande efficacité. Le rêve étant de maîtriser le phénomène pour le reproduire – et s’en servir.

Mais cette équipe, une alliance de physiciens et de biologistes de l’université Berkeley aux Etats-Unis, s’est focalisée sur le début de la photosynthèse. Ils ont cherché à suivre la réaction à l’arrivée, de la première particule de lumière, le premier photon, sur une molécule de chlorophylle, pour voir si la réaction se déclenche avec si peu de lumière. Et pour observer comment ça se passe.

Comment on suit une particule de lumière ?

C’est vrai que c’est un défi. Résolu en alliant deux disciplines scientifiques : les chercheurs ont utilisé les outils de la physique quantique : des sources de lumière capables de produire des photons uniques. Des capteurs ultrasensibles, utilisés dans les laboratoires d’optique. C’est avec ces outils, de physique fondamentale, qu’ils ont éclairé et analysé des molécules de chlorophylle, qu’ils avaient extraites de bactéries photosynthétiques.

Et ils ont adopté ces méthodes de la physique des particules derrière : ils ont reproduit leur expérience des millions de fois, pour reconstruire le phénomène de manière statistique – ils ont analysé 17 milliards de détections de photons. Et c’est comme ça qu’ils ont pu voir la réaction des molécules de chlorophylle : la photosynthèse se déclenche bel et bien, dès le début, avec un seul photon : la particule de lumière est absorbée d'abord par un anneau de 9 molécules. Puis son énergie est transmise à un deuxième anneau de 18 molécules de chlorophylle. Bref, ils ont vu les premières étapes de la photosynthèse à une nouvelle échelle : celle de l’atome.

Et quelle est la suite de la réaction ?

Pour l’instant, leur expérience s’arrête là. Mais oui, l’idée est d’appliquer cette méthode pour suivre tout le processus de la photosynthèse, à l’échelle de la particule unique, de la molécule unique. De suivre comment l’énergie du photon se transmet dans les plantes, jusqu’à déclencher la production de sucres. C’est l’étape finale de la photosynthèse : la lumière devient des sucres, dont se nourrit la plante.