La physique quantique pourrait expliquer comment les plantes parviennent à transformer de manière si efficace la lumière en énergie chimique. Une équipe internationale avec participation zurichoise a créé un dispositif pour tester cette hypothèse.

Grâce à la chlorophylle, des pigments photosynthétiques, les plantes sont capables de transformer la lumière du soleil directement en énergie en produisant dans leurs cellules la molécule ATP (adénosine triphosphate) qui est à la base de leur approvisionnement énergétique.

Ce processus, décrit dans tous les livres de biologie, reste cependant un mystère pour la science, a indiqué vendredi l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ) dans un communiqué. Et tout spécialement son haut degré d'efficacité.

Différentes expériences menées ces dernières années ainsi que des modèles théoriques laissent penser que des effets de physique quantique joueraient un rôle dans le transport de l'énergie sans pertes majeures au sein de la plante.

Paradoxe apparent

L'équipe d'Anton Potočnik, du Quantum Device Lab de l'EPFZ, avec des confrères des universités de Cambridge (GB) et de Princeton (USA), a suivi la piste de ce "paradoxe apparent". Le processus se déroule en effet dans un milieu aqueux et chaud où ce sont les règles de la physique classique qui devraient s'appliquer.

Afin de pouvoir tester les modèles théoriques, les scientifiques ont mis au point un dispositif quantique expérimental, qu'ils présentent dans la revue Nature Communications. Il reproduit une structure de base présente dans les cellules végétales.

Le coeur du dispositif est constitué de trois qubits - la plus petite unité de stockage d'information quantique - supraconducteurs couplés plus ou moins fortement entre eux. Ils représentent les molécules de chlorophylle qui absorbent l'énergie lumineuse et la transmettent aux complexes enzymatiques produisant l'ATP.

Olfaction et cellules solaires

Selon Anton Potočnik, cité dans le communiqué de l'EPFZ, la possibilité d'ajuster les différents paramètres du système a d'ores et déjà permis d'obtenir des résultats précis. Il est ainsi confirmé que la vibration naturelle des molécules de chlorophylle joue un rôle central dans le transfert d'énergie.

Les scientifiques ont l'intention de développer une version plus élaborée de leur dispositif, avec davantage de qubits. Ils en espèrent notamment des pistes pour améliorer le rendement des cellules solaires.

Le système pourrait être appliqué à d'autres domaines où l'on suppose que la physique classique et la physique quantique se combinent, l'odorat par exemple. La première à elle seule ne peut en effet expliquer l'ensemble de nos capacités olfactives, écrit l'EPFZ.

ats