(a) Une palourde géante sur un récif corallien de Palau, à côté de coraux constructeurs de récifs du genre Acropora. Les deux espèces abritent des photosymbiontes du genre Symbiodinium, mais la réflectivité globale des deux animaux est assez différente. (b) Un petit individu de T. crocea, avec une forte illumination directionnelle depuis la gauche. Sous cette illumination asymétrique, les iridocytes à diffusion vers l’avant du côté gauche de l’animal deviennent transparents, révélant des rangées régulières d’algues organisées en un ensemble de cylindres orientés verticalement. Crédit : PRX Énergie (2024). DOI : 10.1103/PRXEnergy.3.023014
Les concepteurs de panneaux solaires et de bioraffineries pourraient apprendre une chose ou deux des bénitiers géants irisés vivant près des récifs coralliens tropicaux, selon une nouvelle étude menée par Yale.
Cela est dû au fait que les bénitiers géants ont des géométries précises – des colonnes verticales dynamiques de récepteurs photosynthétiques recouverts d’une fine couche diffusant la lumière – qui pourraient bien en faire les systèmes d’énergie solaire les plus efficaces sur Terre.
“C’est contre-intuitif pour beaucoup de gens, car les palourdes évoluent sous un soleil intense, mais en réalité elles sont très sombres à l’intérieur”, a déclaré Alison Sweeney, professeur agrégée de physique, d’écologie et de biologie évolutive à la Faculté des arts et de l’évolution de Yale. Les sciences. “La vérité est que les palourdes sont plus efficaces pour la conversion de l’énergie solaire que n’importe quelle technologie de panneaux solaires existante.”
Dans la nouvelle étude, publiée dans la revue PRX Énergieune équipe de recherche dirigée par Sweeney présente un modèle analytique permettant de déterminer l’efficacité maximale des systèmes photosynthétiques en fonction de la géométrie, du mouvement et des caractéristiques de diffusion de la lumière des palourdes géantes.
Il s’agit de la dernière d’une série d’études de recherche du laboratoire de Sweeney qui mettent en évidence les mécanismes biologiques du monde naturel qui pourraient inspirer de nouveaux matériaux et conceptions durables.
Dans ce cas, les chercheurs ont étudié spécifiquement l’impressionnant potentiel d’énergie solaire des bénitiers géants iridescents dans les eaux peu profondes des Palaos, dans le Pacifique occidental.
Les palourdes sont des espèces photosymbiobiotiques, avec des cylindres verticaux d’algues unicellulaires poussant à leur surface. Les algues absorbent la lumière du soleil, après que celle-ci ait été diffusée par une couche de cellules appelées iridocytes.
La géométrie des algues et la diffusion de la lumière par les iridocytes sont toutes deux importantes, expliquent les chercheurs. La disposition des algues en colonnes verticales, qui les rendent parallèles à la lumière incidente, leur permet d’absorber la lumière solaire au taux le plus efficace. En effet, la lumière solaire a été filtrée et diffusée par la couche d’iridocytes, et la lumière s’enroule ensuite uniformément autour de chaque cylindre vertical d’algues.
Sur la base de la géométrie des bénitiers géants, Sweeney et ses collègues ont développé un modèle pour calculer l’efficacité quantique, la capacité de convertir des photons en électrons. Les chercheurs ont également pris en compte les fluctuations de la lumière solaire, sur la base d’une journée typique sous les tropiques avec un lever de soleil, l’intensité du soleil de midi et un coucher de soleil. L’efficacité quantique était de 42 %.
Mais les chercheurs ont ensuite ajouté une nouvelle particularité : la façon dont les bénitiers géants s’étirent en réaction aux changements de lumière du soleil. “Les palourdes aiment bouger et groover tout au long de la journée”, a déclaré Sweeney. “Cet étirement éloigne les colonnes verticales, les rendant effectivement plus courtes et plus larges.”
Grâce à ces nouvelles informations, l’efficacité quantique du modèle Clam a bondi à 67 %. En comparaison, a déclaré Sweeney, l’efficacité quantique d’un système à feuilles vertes dans un environnement tropical n’est que d’environ 14 %.
Selon l’étude, une comparaison intéressante serait celle des forêts d’épinettes du nord. Les chercheurs ont déclaré que les forêts d’épinettes boréales, entourées de couches fluctuantes de brouillard et de nuages, partagent des géométries et des mécanismes de diffusion de la lumière similaires à ceux des palourdes géantes, mais à une échelle beaucoup plus grande. Et leur efficacité quantique est presque identique.
« L’une des leçons que nous pouvons tirer de tout cela est l’importance de prendre en compte la biodiversité dans son ensemble », a déclaré M. Sweeney. « Mes collègues et moi-même continuons à réfléchir à d’autres endroits sur Terre où ce niveau d’efficacité solaire pourrait être atteint. Il est également important de reconnaître que nous ne pouvons étudier la biodiversité que dans les endroits où elle est préservée. »
Elle a ajouté : « Nous avons une dette importante envers les Palaosiens, qui accordent une valeur culturelle vitale à leurs palourdes et à leurs récifs et travaillent à les maintenir en parfaite santé. »
De tels exemples peuvent offrir une source d’inspiration et des idées pour une technologie énergétique durable plus efficace.
“On pourrait imaginer une nouvelle génération de panneaux solaires qui cultivent des algues, ou des panneaux solaires en plastique bon marché fabriqués à partir d’un matériau extensible”, a déclaré Sweeney.
Plus d’information:
Amanda L. Holt et al., Mécanisme simple pour une efficacité optimale de l’utilisation de la lumière par la photosynthèse inspiré des palourdes géantes, PRX Énergie (2024). DOI : 10.1103/PRXEnergy.3.023014
Fourni par l’Université de Yale
Citation: Les bénitiers géants pourraient détenir les réponses pour rendre l’énergie solaire plus efficace (1er juillet 2024) récupéré le 1er juillet 2024 sur
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