Physique quantique, photosynth�se et odorat

La physique quantique donne un aper�u �tonnant des processus biologiques

Est-il possible, par exemple, qu'un objet soit � deux endroits diff�rents en m�me temps ? Selon la physique quantique, c'est possible. Plus pr�cis�ment, d'apr�s le principe de �superposition�, une particule peut �tre d�crite comme ayant simultan�ment deux �tats distincts.

Bien que cela puisse ressembler � du vaudou pour le n�ophyte, la superposition s'appuie sur une science fiable. Les chercheurs du projet PAPETS �tudient ce ph�nom�ne, ainsi que d'autres, � la limite entre la biologie et la physique quantique. Leur objectif est de d�terminer le r�le de la dynamique vibrationnelle dans la photosynth�se et l'odorat.

La �superposition� quantique pour une photosynth�se plus efficace

Des effets quantiques dans un syst�me biologique plus pr�cis�ment dans un complexe de photosynth�se, ont �t� observ�s pour la premi�re fois par Greg Engel et ses collaborateurs en 2007, aux �tats-Unis. Ces effets ont �t� reproduits dans diff�rents laboratoires � une temp�rature de -193� Celsius environ et ensuite � temp�rature ambiante.

�Ce qui est surprenant et fascinant est que ces effets quantiques ont �t� observ�s dans des complexes biologiques, qui sont des syst�mes grands, avec de l'eau, et du "bruit"�, d�clare le coordinateur du projet PAPETS, le Dr Yasser Omar, chercheur � l'Instituto de Telecomunica��es et professeur � l'Universidade de Lisboa. �La superposition est un ph�nom�ne fragile et nous nous attendions � ce qu'elle soit d�truite par l'environnement�.

La superposition contribue � un transport d'�nergie plus efficace. Un exciton, une quasi-particule quantique transportant de l'�nergie, peut voyager plus vite le long du complexe photosynth�tique en raison du fait qu'il peut exister simultan�ment en deux �tats. Lorsqu'il arrive � une bifurcation, il n'a pas besoin de choisir entre la gauche et la droite. Il peut suivre simultan�ment les deux voies.

�C'est comme un labyrinthe�, explique le Dr Omar. �Seule une porte m�ne vers la sortie, mais l'exciton peut s'engager dans la voie de gauche et de droite en m�me temps. C'est plus efficace�.

Le Dr Omar et ses coll�gues pensent que plusieurs facteurs facilitent la r�alisation et le maintien de la superposition, notamment la dynamique de l'environnement vibratoire, dont le r�le est pr�cis�ment ce que le projet PAPETS tente de comprendre et d'exploiter.

Quand la th�orie et l'exp�rimentation se rejoignent

Les th�ories explor�es par le projet PAPETS sont �galement test�es dans des exp�riences, en vue d'�tre valid�es et d'obtenir des indications plus pr�cises. Pour �tudier le transport quantique en photosynth�se, par exemple, les chercheurs envoient des impulsions laser rapides dans des syst�mes biologiques. Ils observent ensuite l'interf�rence le long du r�seau de transport, une signature des ph�nom�nes ondulatoires.

�C'est comme lancer des pierres dans un lac�, explique le Dr Omar. �Vous voyez alors si les ondes qui se produisent s'�largissent ou s'annulent les unes les autres lorsqu'elles se rencontrent�.

De nombreuses applications, comme de meilleures cellules solaires et une d�tection am�lior�e des odeurs

Bien que le projet PAPETS soit essentiellement de nature exploratrice, il g�n�re aussi des donn�es qui pourraient avoir des applications pratiques. Les chercheurs de PAPETS acqui�rent une compr�hension fondamentale de la fa�on dont fonctionne la photosynth�se et celle-ci pourrait servir � concevoir des cellules solaires plus efficaces.

L'odorat, la capacit� de reconna�tre et de distinguer les diff�rentes odeurs, repr�sente un autre domaine prometteur. Les exp�riences se concentrent sur le comportement des drosophiles. Jusqu'� pr�sent, les chercheurs suspectent l'effet tunnel des �lectrons, associ� aux vibrations internes d'une mol�cule, d'�tre la signature d'une odeur. Le Dr Omar compare cet effet tunnel � une balle de ping-pong au fond d'un bol qui remonterait la paroi du bol pour appara�tre � l'ext�rieur de celui-ci.

Ce travail de recherche pourrait avoir des applications dans les secteurs de l'alimentaire, de l'eau, des cosm�tiques ou des m�dicaments. Une meilleure d�tection artificielle des odeurs pourrait servir � d�tecter les impuret�s ou la pollution, par exemple.

�Contrairement � la vue, � l'ou�e ou au toucher, le sens de l'odorat est difficile � reproduire artificiellement de fa�on tr�s efficace�, d�clare le Dr Omar.

Le projet PAPETS, impliquant 7 partenaires, se d�roule de septembre 2014 � ao�t 2016 et la contribution financi�re de l'UE s'�l�ve � 1,8 million d'euros.

Pour plus d'information voir: projet PAPETS