​Depuis plus de 2 milliards d’années, la nature est capable de produire de la biomasse en utilisant l’énergie solaire pour extraire protons et électrons de l’eau, générer de l’oxygène et piéger le CO₂. Si les scientifiques comprennent de mieux en mieux les talents de cette photosynthèse, la reproduire dans les laboratoires reste une gageure. L’étape la plus difficile à comprendre et à réaliser reste l’oxydation de l’eau, qui correspond à l’extraction des électrons des molécules d’eau.

Le Photosystème II est l’enzyme qui effectue cette réaction en captant l’énergie lumineuse. Il inclut un catalyseur formé d’un agrégat métallique, de formule Mn₄CaO₅, qui parcourt 5 états d’oxydation au cours du cycle catalytique, consécutivement à l’absorption de 4 photons. Grâce à des études de résonance paramagnétique électronique (RPE), les biologistes commencent à déchiffrer le mécanisme de la dernière étape, restée jusqu’ici mystérieuse. Ils ont notamment mis en évidence l’intimité des recombinaisons atomiques subtiles entre les molécules d’eau et le catalyseur. Il s‘avère que les deux acolytes s’échangent certains atomes qu’ils ont en commun, à savoir des atomes d’oxygène¹. Les chercheurs ont mis en évidence précisément comment cet échange s’effectue et quel rôle jouent les atomes de calcium (Ca) dans cette restructuration. Ces résultats, très fondamentaux, participent à une meilleure compréhension de la production de biomasse par le vivant et aideront au développement de la photosynthèse artificielle.

1. Chaque molécule d’eau détient un atome d’oxygène et le catalyseur en contient cinq.