Physique quantique, photosynthèse et odorat
Publié par Redbran le 10/07/2015 à 00:00
Source: Europa
La physique quantique donne un aperçu étonnant des processus biologiques

Est-il possible, par exemple, qu'un objet soit à deux endroits différents en même temps ? Selon la physique quantique, c'est possible. Plus précisément, d'après le principe de "superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable...)", une particule peut être décrite comme ayant simultanément deux états distincts.

Bien que cela puisse ressembler à du vaudou pour le néophyte, la superposition s'appuie sur une science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir...) fiable. Les chercheurs du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) PAPETS étudient ce phénomène, ainsi que d'autres, à la limite entre la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des...) et la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la...) quantique. Leur objectif est de déterminer le rôle de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) vibrationnelle dans la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le processus...) et l'odorat.

La "superposition" quantique pour une photosynthèse plus efficace

Des effets quantiques dans un système biologique plus précisément dans un complexe de photosynthèse, ont été observés pour la première fois par Greg Engel et ses collaborateurs en 2007, aux États-Unis. Ces effets ont été reproduits dans différents laboratoires à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud,...) de -193° Celsius environ et ensuite à température ambiante.

"Ce qui est surprenant et fascinant est que ces effets quantiques ont été observés dans des complexes biologiques, qui sont des systèmes grands, avec de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), et du "bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.)"", déclare le coordinateur du projet PAPETS, le Dr Yasser Omar, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...) à l'Instituto de Telecomunicações et professeur à l'Universidade de Lisboa. "La superposition est un phénomène fragile et nous nous attendions à ce qu'elle soit détruite par l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une dimension...)".

La superposition contribue à un transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation,...) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) plus efficace. Un exciton, une quasi-particule quantique transportant de l'énergie, peut voyager plus vite le long du complexe photosynthétique en raison du fait qu'il peut exister simultanément en deux états. Lorsqu'il arrive à une bifurcation, il n'a pas besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les...) de choisir entre la gauche et la droite. Il peut suivre simultanément les deux voies.

"C'est comme un labyrinthe", explique le Dr Omar. "Seule une porte mène vers la sortie, mais l'exciton peut s'engager dans la voie de gauche et de droite en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). C'est plus efficace".

Le Dr Omar et ses collègues pensent que plusieurs facteurs facilitent la réalisation et le maintien de la superposition, notamment la dynamique de l'environnement vibratoire, dont le rôle est précisément ce que le projet PAPETS tente de comprendre et d'exploiter.

Quand la théorie et l'expérimentation (L'expérimentation est une méthode scientifique qui consiste à tester par des expériences répétées la validité d'une hypothèse et à obtenir des données quantitatives permettant de...) se rejoignent

Les théories explorées par le projet PAPETS sont également testées dans des expériences, en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) d'être validées et d'obtenir des indications plus précises. Pour étudier le transport quantique en photosynthèse, par exemple, les chercheurs envoient des impulsions laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light...) rapides dans des systèmes biologiques. Ils observent ensuite l'interférence (En mécanique ondulatoire, on parle d'interférences lorsque deux ondes de même type se rencontrent et interagissent l'une avec l'autre. Ce phénomène apparaît souvent en optique...) le long du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node)...) de transport, une signature des phénomènes ondulatoires.

"C'est comme lancer des pierres dans un lac (En limnologie, un lac est une grande étendue d'eau située dans un continent où il suffit que la profondeur, la superficie, ou le volume soit suffisant pour provoquer une...)", explique le Dr Omar. "Vous voyez alors si les ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...) qui se produisent s'élargissent ou s'annulent les unes les autres lorsqu'elles se rencontrent".

De nombreuses applications, comme de meilleures cellules solaires et une détection améliorée des odeurs

Bien que le projet PAPETS soit essentiellement de nature exploratrice, il génère aussi des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) qui pourraient avoir des applications pratiques. Les chercheurs de PAPETS acquièrent une compréhension fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) de la façon dont fonctionne la photosynthèse et celle-ci pourrait servir à concevoir des cellules solaires plus efficaces.

L'odorat, la capacité de reconnaître et de distinguer les différentes odeurs, représente un autre domaine prometteur. Les expériences se concentrent sur le comportement des drosophiles. Jusqu'à présent, les chercheurs suspectent l'effet tunnel (L'effet tunnel désigne la propriété que possède un objet quantique de franchir une barrière de potentiel, franchissement impossible selon la mécanique classique. Généralement, la fonction d'onde d'une particule, dont le carré du...) des électrons, associé aux vibrations internes d'une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant...), d'être la signature d'une odeur. Le Dr Omar compare cet effet tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de fer, canal, route, chemin piétonnier). Sont...) à une balle de ping-pong au fond d'un bol qui remonterait la paroi du bol pour apparaître à l'extérieur de celui-ci.

Ce travail de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) pourrait avoir des applications dans les secteurs de l'alimentaire, de l'eau, des cosmétiques ou des médicaments. Une meilleure détection artificielle des odeurs pourrait servir à détecter les impuretés ou la pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que...), par exemple.

"Contrairement à la vue, à l'ouïe (L’ouïe ou l’audition est la capacité de percevoir des sons. Elle est l’un des cinq sens.) ou au toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal, essentiel pour la survie et le développement des êtres vivants, l'exploration, la...), le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une...) de l'odorat est difficile à reproduire artificiellement de façon très efficace", déclare le Dr Omar.

Le projet PAPETS, impliquant 7 partenaires, se déroule de septembre 2014 à août 2016 et la contribution financière de l'UE s'élève à 1,8 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un...) d'euros.

Pour plus d'information voir: projet PAPETS
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