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La physique en un clin d’œil

La frontière entre la biologie et la physique commence à s’estomper, grâce à une découverte révolutionnaire qui éclaire le processus de la photosynthèse.

Un domaine de recherche entièrement nouveau est apparu depuis qu’un chercheur a découvert que des effets mécaniques quantiques qui n’avaient été observés jusqu’à maintenant que dans le domaine de la physique, par exemple ceux qui permettent à une particule d’exister à deux endroits en même temps, jouent un rôle dans des processus biologiques.

Le professeur de chimie de la University of Toronto, Greg Scholes, a été parmi les premiers à réaliser des expériences pour prouver cette découverte. En montrant le lien qui existe entre la biologie et la physique quantique, ses travaux soulèvent d’importantes questions sur la portée des lois quantiques et leur influence sur des systèmes vivants complexes.

Les travaux récents réalisés par M. Scholes sur la collecte de la lumière dans les algues marines ont montré que les molécules responsables de l’absorption de la lumière dans certaines protéines photosynthétiques captent et transfèrent l’énergie selon les lois de la probabilité de la mécanique quantique.

« Nous avons étudié certaines protéines d’organismes photosynthétiques à la température de laboratoire et trouvé des signatures mécaniques quantiques de longue date, explique M. Scholes. Ces signatures ressemblent aux rides qui se forment à la surface de l’eau lorsqu’on y lance une pierre. Elles confirment que les effets mécaniques quantiques de l’absorption de la lumière durent beaucoup plus longtemps que nous l’imaginions. »

Même si ces travaux de recherche axés sur la découverte ne représentent que le début de la compréhension scientifique, l’enthousiasme pour les profondes retombées concrètes qu’ils auront se manifeste déjà.

La lumière du soleil est la source d’énergie la plus abondante dont dispose l’humanité. Mais il faut accroître l’efficacité des technologies qui permettent de collecter l’énergie solaire pour que celle-ci puisse véritablement remplacer les formes d’énergie plus polluantes. Selon les travaux de M. Scholes, l’étude des organismes qui absorbent la lumière et utilisent les principes de la mécanique quantique pour la transférer d’une molécule à l’autre pourrait donner des réponses.

Ces systèmes continuent d’inspirer les chercheurs parce qu’ils fonctionnent avec une efficacité absolue : pour chaque photon de lumière absorbé, un électron est produit dans le coeur de la « cellule solaire » naturelle, appelé le centre de réaction.

Lauréat du Prix John-C.-Polanyi du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), M. Scholes pense qu’il faut réaliser d’autres travaux pour comprendre entièrement les effets quantiques dans la nature et, à plus forte raison, pour utiliser ces connaissances en vue de produire de l’énergie. Mais ces découvertes offrent aux physiciens et aux ingénieurs de nouvelles possibilités d’étudier le captage efficace des photons et le transfert de l’énergie lumineuse dans la nature.