APTE Association – Forum Science 

La photosynthèse source de vie comme diagnostique de l’environnement

Pascal M. Baillod and Gary O. Martini (Directeur Forum Science)
APTE Association

Le climat change, les températures et les précipitations augmentent, des polluants s’accumulent, de nouvelles maladies apparaissent, les champs transgéniques voient le jour : L’homme commence à perdre la maîtrise et la compréhension d’un monde changeant qu’il façonne. Pour comprendre et intervenir d’une façon ou de l’autre, il faut qu’il développe des outils lui permettant de collecter et d’interpréter en toute simplicité le flux dense d’informations changeantes que délivre ce nouveau monde. La quantification de phénomènes environnementaux requiert des appareils simples, maniables et compactes. En effet, il faut prendre les mesures en de nombreux points différents et souvent à des temps rapprochés pour que cela ait un sens. Il ne suffit plus d’amener des échantillons à un lointain labo…L’approche entreprise par le laboratoire de bioénergétique de Genève (http://come.to/bionrj) se base sur la mesure par spectrophotométrie des flux photosynthétiques. Quantifiée avec des mesures simples, la photosynthèse peut, grâce à des modèles, donner une idée de la santé d’une plante par rapport à une situation donnée (pollution, sécheresse, défaut d’un nutriment…). 

Rappelons le prinçipe de la photosynthèse : L’énergie solaire permet à la plante d’incorporer du carbone (brique élementaire de la vie), en provenance du dioxyde de carbone atmosphérique, dans sa biomasse. La photosynthèse peut être vue comme une canalization de l’énergie solaire, qui parcourt ainsi une multitude d’étapes intermédiares, comme l’eau dans une centrale hydraulique. Les prinçipales étapes : Au début,  il y a le captage de la lumière (lac artificiel de l’analogie hydraulique) qui excite la chlorophylle des photosystèmes. Ces derniers assurent le transfert de l’énergie solaire à un flux d’électrons (l’eau arrivant en plaine depuis le lac artificiel est tranformée en énergie mécanique par des turbines). Ces électrons permettent de génerer de l’énergie biochimique pour la plante grâce à leur « descente » dans la canalization (transfert d’énergie mécanique en énergie électrique). Finalement, en fin de course, l’emploi de ces électrons comme « ciment atomique » permet de créer les grands blocs de base de la plante (le glucose) à partir des petites molécules de dioxyde de carbone atmosphérique. Une vue d’ensemble de ce processus est donné à la figure 2 (en page 5).

Or, comme pour la centrale hydraulique, il y des pertes pour toute ces étapes. Ces pertes se manifestent sous différentes formes : Déperdition de chaleur ou re- émission sous forme de fluorescence (Rayonnement d’énergie, comme la lumière mais à une longeure d’onde différente).  Les pertes des photosystèmes évoqués plus haut se font par fluorescence et c’est précisement ce que mesure l’équipe du Professeur Strasser de Genève. Les photosystèmes (assurant la conversion d’énergie solaire en flux d’électrons) sont des complexes protéiques que l’on a pu isoler par des méthodes biochimiques. Isolés, on a pu mesurer la longueure d’onde exacte de leur pertes par fluorescence. Le prinçipe des biocapteurs de l’université de Genève est la mesure, sur une feuille, de la fluorescence à cette longueure d’onde : On saît ainsi ce que l’on mesure. Cette technique est donc non invasive (il suffit de poser un biocapteur sur une  feuille) et très simple.

Nous voilà avec la connaissance des pertes d’une seule étape d’un système complexe ouvert contenant de nombreuse étapes intermédiares et flux croisés de matière et d’énergie. L’équation est impossible à résoudre, il faut élaborer des modèles qui s’approchent de la réalité que l’on observe. Ronald Maldonado-Rodriguez a dévellopé les programmes d’informatique  sans lesquels les modellisations et interprétations de données ne seraient pas possibles. Sa formation d’ingénieur chimiste lui a été d’une grande aide pour cette tâche et illustre à quel point l’interdisciplinarité est essentielle pour que des projets novateurs voient le jour. Les modèles développés par le laboratoire de bioénergétique peuvent, à partir de la fluorescence, déterminer la « configuration » enzymatique de la photochimie en cours, avec, par exemple, la fraction d’unités photochimiques  activés (peu, toutes ?) ou l’intensité de cette activation (travaillent peu, à plein régime, etc.). Ces configurations sont la manifestaton d’une adaptation par la plante aux nouvelles conditions qu’elle doit subir. On peut recconnaître différents profiles de mesures correspondant à  différentes situations (par exemple, C. Hermans, de l’équipe du Prof. Strasser, a établi des profiles de fluorescence caractéristiques aux plantes souffrant d’une carence en Magnésium, ou d’une sécheresse).

Les applications de cete nouvelle technologie sont innombrables. Evoquons tout d’abord l’agriculture, qui devra s’adapter pour nourrir une population qui ne cesse de croître. On pourrait par exemple recconnaître ce dont une plante manque avant que cela ne se voie à l’aspect du champ en ruine. Toujours dans l’agriculture, on pourrait caractériser les plantes transgéniques afin de les développer ou de donner les moyens à un organe de contrôle d’interdire telle ou telle autre variété. Parmi les applications développées ayant accédé au stade de test routinier, on peut citer le contrôle de la santé des arbres le long des avenues de Bruxelles. Un autre « marché » prometteur se développe dans les biotechnologies de sélection de variétés végétales.

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