Lors de la photosynthèse, les plantes utilisent la lumière du soleil pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en sucres et en oxygène. Il s'agit d'une série de réactions très complexes que les chercheurs essaient d'imiter afin de concevoir de nouvelles voies de synthèse de biocarburants par l'énergie du Soleil. « L'un des éléments les plus intéressants de la photosynthèse est l'antenne photosynthétique, raconte Bruno Robert, chercheur à l'Institut Frédéric-Joliot.  Il s'agit d'un dispositif moléculaire de récolte de la lumière qui déclenche le passage rapide des électrons de l'eau vers le dioxyde de carbone. Mais pour que les antennes photosynthétiques fonctionnent bien, la protection par des pigments chimiques sophistiqués appelés caroténoïdes est nécessaire. »

Les chercheurs de l'Institut Frédéric-Joliot et quatre autres équipes (Université de Yale, Arizona State University, Argonne National Lab et Institut pour le calcul à haute performance de Singapour) ont identifié comment fonctionnent ces pigments responsables de la protection des antennes photosynthétiques. « De la même façon que les peintures sont blanchies par la lumière, les matériaux pour la photo-conversion souffrent de processus de dégradation, continue le biologiste. La nature a développé des systèmes utilisant des caroténoïdes qui absorbent l'excès d'énergie et protègent les antennes des réactions de décomposition. Ainsi, dans notre étude, nous avons révélé les paramètres et les mécanismes régissant un processus fondamental pour la photoprotection, les transferts d'énergie vers des molécules capables de piéger rapidement l'énergie non désirée. ». Dans les plantes, ces transferts sont mille fois plus rapides que chez les organismes anaérobies. En prenant en compte la structure des molécules impliquées, ainsi que la présence des acides aminés autour de ces molécules, les scientifiques ont modélisé ces différences de cinétique, et donc comprendre en détail les paramètres à l'origine de l'efficacité de ces transferts. En particulier, ils ont montré qu'une configuration particulière des caroténoïdes permettait un bien meilleur transfert depuis les chlorophylles.

La compréhension de ce processus et la caractérisation d' « empreintes digitales » pour identifier les pigments spécifiques impliqués, est essentielle pour concevoir des systèmes d'exploitation de l'énergie solaire photoprotégés par des molécules annexes, et donc plus stables dans le temps.