Dérivation des électrons photosynthétiques par des médiateurs de type quinone.

Photosynthetic electrons derivation by quinone type exogenous mediator

• Auteur / Autrice : Guillaume Longatte
• Direction : Christian Amatore, Frédéric Lemaître
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie Analytique
• Date : Soutenance le 23/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Processus d'activation sélectif par transfert d'énergie uni-électronique ou radiatif (Paris ; 1998-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sabine Szunerits, Didier Devilliers, Fabrice Rappaport
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Elisabeth Lojou, Mathieu Étienne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photosynthèse

Bioélectrochimie

Mots clés libres

Bioélectrochimie

Photosynthèse

Chronoampérométrie

Fluorescence

Modélisation

Algues

Photosynthesis

Algae

Résumé

La photosynthèse consiste en la conversion photo-induite du dioxyde de carbone et de l'eau en matière organique et en dioxygène. Utilisée par les algues, les plantes ou certaines bactéries, la photosynthèse est pourtant intrinsèquement bridée puisque seulement 4 % de l'énergie lumineuse sont convertis en énergie chimique. Sous forte irradiation, ceci peut engendrer une dénaturation de l'appareil photosynthétique. Par ailleurs, dans le contexte environnemental actuel, cette limitation représente également une opportunité d'utiliser l'énergie non convertie sous forme d'énergie électrique. Le travail présenté dans ce manuscrit a donc pour but de créer une voie secondaire d'écoulement des électrons photosynthétiques excédentaires afin de réduire l'endommagement du système sous forte irradiation et de les transcrire sous la forme d'un photo-courant. C'est pourquoi un système impliquant une électrode collectrice de carbone et des médiateurs redox de type quinone a été envisagé. La capacité acceptrice de certaines quinones, connues pour être de bons accepteurs du Photosystème II, a été évaluée au moyen d'études de fluorescence. La facilité de restitution des électrons dérivés par les quinones réduites a été quant à elle étudiée par électrochimie. Au bilan, les meilleures quinones (DCBQ, PPBQ) permettent d'obtenir des photo-courants de l'ordre de quelques µA.cm-2. La corrélation entre données expérimentales et théorie a également permis de mieux cerner le mécanisme de dérivation des électrons photosynthétiques par les quinones exogènes mais aussi de mettre en évidence des effets d'empoisonnement et/ou de perte d'accepteur dans les membranes.

Photosynthesis can be views as the conversion of carbon dioxide and water into organic matter and dioxygen. Used by algae, plants or some bacteria, photosynthesis efficiency is limited because only 4% of light energy is converted into chemical energy. Under high light conditions, this can induce serious damages of the photosynthetic machinery. Besides, if considering the current environmental context, this limitation is an opportunity to use the part of not converted energy to generate some useable electricity. The aim of the work developed in this manuscript is thus to create an additional pathway for derivating the photosynthetic electrons flow. In this way, the system damages are expected to be reduced under hight light conditions as well as some photocurrent to be generated. This is why an experimental set-up involving carbon working electrode and some quinone type redox mediators has been developed. The quinone ability to accept some electrons from Photosystem II has been studied by the mean of fluorescence techniques. Their ability to be re-oxidised at the carbon electrode surface has been investigated by cyclic voltametry. As a conclusion, the best quinones (selected after the fluorescence investigations) are DCBQ and PPBQ and correspond to photocurrent values about several µA.cm-2. A correlation between experimental data and theoretical predictions helped us to best understand the photosynthetic electrons derivation pathway and to evidence concomitant phenomenon like poisoning and quinone partition effects.