Capable de produire de l'électricité sans émettre de CO2 ou d'autres substances polluantes, l'hydrogène se présente comme une source d'énergie prometteuse. C'est pourquoi la production d'hydrogène respectueuse de l'environnement et en quantité suffisante est un thème de recherche qui occupe de nombreux scientifiques. L'algue microscopique Chlamydomonas reinhardtii est susceptible, dans certaines conditions de stress, de synthétiser cette précieuse ressource.
Des biologistes de l'Université de la Ruhr à Bochum sont parvenus à isoler des composants de cette algue responsables de la production d'hydrogène et à transposer in vitro cette réaction. "Ce système naturel produit six fois plus d'hydrogène qu'un autre système semi-artificiel décrit récemment par des collègues américains", déclare le Professeur Thomas Happe. Les chercheurs de Bochum ont, de plus, réussi à expliquer de manière détaillée la réaction productrice d'hydrogène, ce qui permettra vraisemblablement, à terme, d'accroître son rendement. Les résultats de l'étude ont été publiés dans la revue "Journal of Biological Chemistry".
Pour l'algue verte, la production d'hydrogène n'est en réalité qu'une réaction de secours. Dans des conditions normales, elle investit l'énergie acquise au cours de la photosynthèse dans sa prolifération cellulaire et sa croissance. Lorsque les conditions nutritives ne sont pas suffisantes, l'algue doit néanmoins se débarrasser des électrons accumulés au cours de la photosynthèse. A l'aide d'une enzyme spéciale, l'hydrogénase, la plante réutilise les électrons obtenus par photosynthèse et les transforme, grâce à des protons présents dans son environnement, en dihydrogène (forme moléculaire de l'élément hydrogène). Les chercheurs étudient depuis longtemps ce type de réaction génératrice d'hydrogène, notamment au moyen de réacteurs d'algues. "Cependant, l'exploitation par ce procédé de l'énergie solaire demeurait jusqu'à présent très inefficace", explique le Professeur Happe.
Le groupe de biologistes de Bochum, en coopération avec des chercheurs de Münster, est parvenu, en combinant une enzyme hydrogénase à plusieurs protéines impliquées dans la photosynthèse, à reproduire in vitro le procédé de production d'hydrogène spécifique à l'algue. En comparaison avec d'autres procédés déjà connus, la formation in vitro d'hydrogène à partir de ces trois composants naturels s'avère particulièrement efficace.
En effet, des chercheurs du Tennessee avaient récemment publié une étude sur un système semi-artificiel à base de complexes photosynthétiques et des nanoparticules de platine remplaçant la fonction catalytique d'une hydrogénase. D'après les chercheurs américains, l'hypothétique rendement obtenu à partir d'une grande installation utilisant ce procédé, et dans des conditions optimales, serait supérieur à ceux réalisés actuellement avec des moyens agricoles pour produire du biodiesel ou du bioéthanol. Or, le Professeur Happe de Bochum affirme, quant à lui, que l'efficacité de son procédé issu de composants naturels serait plus de six fois supérieure aux chiffres annoncés par les scientifiques du Tennessee, à savoir un rendement d'hydrogène estimé à trois litres par gramme de chlorophylle et par jour.
Le groupe du Professeur Happe a par ailleurs réussi à expliquer expérimentalement et à l'échelle moléculaire le mécanisme exact du couplage entre la photosynthèse et l'action de l'enzyme hydrogénase. Les interactions de charge entre la surface de la protéine de ferrédoxine et l'enzyme hydrogénase semblent être hautement spécifiques. Le Professeur Happe estime que la compréhension de l'interaction protéine-protéine offrira la possibilité d'optimiser l'efficacité de ce phénomène naturel. Il conclut : "Cela pourrait même permettre, à terme, de développer une production d'hydrogène économiquement et écologiquement intéressante, que ce soit à l'aide d'organismes vivants ou avec des systèmes semi-artificiels faisant intervenir des enzymes".
