Des chercheurs ont fait pousser des organismes végétaux producteurs d’aliments consommables sans mobiliser la photosynthèse biologique. Sur quoi repose cette photosynthèse artificielle et, surtout, à quoi pourrait-elle servir ?

« Nous avons cherché à identifier une nouvelle façon de produire des aliments qui pourraient dépasser les limites normalement imposées par la photosynthèse biologique », explique l’ingénieur Robert Jinkerson, sur le site de l’université Riverside (Californie).

La photosynthèse est au cœur du vivant depuis des millions d’années. Ce processus chimique naturel transforme l’énergie solaire en biomasse végétale. Grâce au Soleil, l’eau est puisée dans le sol, et le dioxyde de carbone puisé dans l’air, ce qui produit des sucres et de l’oxygène. Sans photosynthèse, point de végétaux naturels à consommer. Tout repose sur l’énergie fournie par le Soleil. Dans l’absolu, donc, la photosynthèse ne peut pas advenir dans le noir complet.

Pourtant, les auteurs de cette étude, publiée dans Nature Food, ont réussi à faire pousser des plantes sans aucune photosynthèse — car sans lumière solaire directe, et donc, justement, dans le noir complet. « Nous avons pu cultiver des organismes producteurs de nourriture sans aucune contribution de la photosynthèse biologique », écrivent les auteurs.

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Ces plantes ont pu pousser et se déployer dans le noir grâce à la photosynthèse artificielle. // Source : Nature Food

Qu’est-ce que la photosynthèse artificielle ?

Le processus utilisé dans ces travaux mobilise l’électrolyse, un mécanisme qui permet de transformer un courant électrique en matières premières (afin de convertir à leur tour celles-ci en molécules utilisables). Dans leur étude, les scientifiques décrivent ainsi une nouvelle technique électro catalytique qui permet de transformer en acétate le mélange entre le dioxyde de carbone, l’eau et de l’électricité produite par des panneaux solaires. L’innovation des auteurs repose dans leur technologie de pointe permettant de récupérer cet acétate, lequel sert alors de base à la culture des plantes en lieu et place de l’énergie solaire.

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Le schéma des 3 étapes de la photosynthèse artificielle. // Source : Nature Food

Le Soleil n’est pas totalement exclu du processus, puisqu’il faut tout de même mobiliser des panneaux solaires. Mais dans cette configuration, la lumière solaire permet surtout de récupérer la matière première du processus de photosynthèse artificielle. Les plantes ne poussent pas grâce à l’exposition directe, seulement grâce à l’acétate récupéré au cours de la première étape.

D’après les auteurs, leur technologie n’est pas seulement une alternative, elle s’avère aussi « plus efficace pour transformer l’énergie solaire en nourriture, par rapport à la production alimentaire qui repose sur la photosynthèse biologique ». Dans la nature, 1 % de l’énergie contenue dans les rayons du Soleil aboutit dans la plante. Via la photosynthèse artificielle, la productivité est plus élevée : pour les algues, les auteurs évaluent une efficacité multipliée par 4 ; pour la levure, par 18.

À quoi servirait la photosynthèse artificielle ?

La première mise en application potentielle n’est autre qu’augmenter le rendement des cultures. Cela pourrait concerner un large spectre d’aliments : « le niébé [un haricot], la tomate, le tabac, le riz, le canola et le pois vert ont tous été capables d’utiliser le carbone de l’acétate lorsqu’ils étaient cultivés dans l’obscurité », détaillent les scientifiques. Mais pour ces aliments et bien d’autres, ce n’est pas seulement une question de quantité ou de productivité.

Car la seconde utilité, plus large, intervient dans un contexte de changement climatique causé par l’être humain : surmonter les conditions climatiques de plus en plus difficiles et qui ont un impact sur l’agriculture. Sécheresses, inondations, sols pollués inutilisables ou à la surface réduite, en voilà des menaces pour la sécurité alimentaire mondiale. De fait, la photosynthèse artificielle pourrait permettre de contrecarrer cela dans un environnement contrôlé, peu gourmand en ressources, peu dépendant d’aléas. Sans compter que cela permettrait de développer des cultures autogérées dans des lieux qui n’y sont normalement pas adaptés, comme les villes. Enfin, cela peut tout autant accroître la consommation de végétaux, ce qui représente un enjeu majeur face à l’impact climatique néfaste de la viande et des aliments transformés.

S’ajoute une troisième voie : l’agriculture spatiale ! Dans d’éventuels environnementaux lointains difficiles, sous cloche sur une planète inhabitable comme Mars, ou dans des vaisseaux, la photosynthèse pourrait permettre d’apporter des aliments, tout en limitant l’apport en ressources. Cette technologie présentée dans Nature Food a d’ailleurs été soumise au Deep Space Food Challenge, un concours de la Nasa pour récompenser de nouvelles approches pour minimiser les apports, tout en maximisant la production alimentaire. Le travail de ces chercheurs a remporté la phase 1 du concours.

De manière plus générique, les auteurs estiment que la photosynthèse artificielle pourrait constituer un « changement de paradigme » dans la façon de se nourrir dans le futur. « En augmentant l’efficacité de la production alimentaire, moins de terres sont nécessaires, ce qui réduit l’impact de l’agriculture sur l’environnement. Et pour l’agriculture dans des environnements non traditionnels, comme l’espace, l’efficacité énergétique accrue pourrait aider à nourrir plus de membres d’équipage avec moins d’intrants. »