De la lumière sans électricité ? Des algues luminescentes pourraient le permettre

Imaginez une mer de lumières bleues scintillantes pulsant au rythme de la musique. Mais au lieu de bâtons lumineux remplis de produits chimiques toxiques, la luminescence provient d’algues vivantes, qui brillent à la demande.

Dans une nouvelle étude publiée le 6 mai dans Science Advances, des chercheurs de l’Université du Colorado Boulder et leurs collaborateurs dévoilent une nouvelle technologie qui pourrait rendre cela possible. Ils ont réussi à allumer « l’interrupteur lumineux » des algues et à les maintenir allumées à l’aide de simples solutions chimiques. Cette découverte ouvre la voie à des technologies futures comme des robots autonomes capables d’évoluer dans des environnements sombres et des capteurs vivants pour la qualité de l’eau.

« Ce projet était une idée de moonshot », a déclaré Wil Srubar, professeur au département de génie civil, environnemental et architectural. « J’étais curieux de savoir si nous pouvions créer un monde où nous n’utilisons pas l’électricité mais plutôt la biologie pour produire de la lumière. Cette découverte ouvre vraiment la voie à l’ingénierie d’autres matériaux et dispositifs lumineux vivants. »

Dans le monde naturel, un large éventail d’animaux, des lucioles aux poissons-pêcheurs en passant par certains champignons, produisent leur propre lumière, un phénomène connu sous le nom de bioluminescence. Dans les profondeurs océaniques, jusqu’à 90 % des créatures seraient capables de briller et de scintiller grâce à des réactions chimiques à l’intérieur de leurs cellules.

Pyrocystis lunula, un type d’algue bioluminescente, est l’un des organismes qui émettent une lueur bleu glacé parfois observée dans les vagues de l’océan. Ne se nourrissant que d’eau de mer, de lumière solaire et de dioxyde de carbone (CO₂), ces organismes photosynthétiques émettent des flashs lorsqu’ils sont agités par les marées ou les bateaux qui passent, par exemple.

Mais ces flashs ne durent que quelques millisecondes. Srubar et son équipe se sont demandé s’ils pouvaient maintenir la lumière allumée grâce à la chimie. Des recherches antérieures suggéraient que l’exposition à différents composés chimiques pouvait activer la réaction bioluminescente de P. lunula. L’équipe a donc exposé les algues à une solution acide avec un pH de 4, similaire à celui du jus de tomate, et à une solution basique avec un pH de 10, comparable à un savon doux.

Ils ont découvert que les deux environnements pouvaient déclencher la production de lumière chez P. lunula. Dans des conditions acides, les algues pouvaient rester lumineuses jusqu’à 25 minutes, avec une lumière apparaissant vive et concentrée. Dans des conditions basiques, la lueur était plus diffuse et de courte durée.

« Ce fut un moment très excitant lorsque nous avons trouvé le bon stimulant chimique qui a permis à la lumière de rester allumée pendant longtemps », explique Giulia Brachi, première auteure et associée de recherche au département de génie civil, environnemental et architectural. « C’est la première fois que nous trouvons comment soutenir la luminescence. »

Pour transformer ces algues luminescentes en matériaux utilisables, les chercheurs les ont intégrées dans un hydrogel d’origine naturelle, un type de matériau à base d’eau. Ils ont ensuite utilisé l’impression 3D pour façonner le matériau en structures et en formes, allant d’un motif en croissant à un logo CU Buffalo.

En exposant les structures à la solution acide ou basique, ils ont incité les P. lunula à l’intérieur à émettre de la lumière, illuminant toute la structure d’une lueur bleue.

À l’intérieur de ces structures imprimées, les algues sont restées vivantes pendant des semaines. La condition acide a été la plus efficace, les P. lunula dans ces structures imprimées en 3D conservant 75 % de leur luminosité même après quatre semaines.

Ces découvertes pourraient avoir de nombreuses applications au-delà de la création de designs accrocheurs. Ces matériaux vivants pourraient un jour aider à éclairer des robots autonomes pour l’exploration des grands fonds marins ou de l’espace sans avoir besoin de batteries.

Ensuite, l’équipe explore si P. lunula pourrait répondre à d’autres produits chimiques. Si c’est le cas, ils pourraient également servir d’outil de surveillance de la qualité de l’eau et s’allumer en présence de toxines.

Au-delà de leur capacité à éclairer les espaces, P. lunula offre également un avantage environnemental. Parce que ces algues sont photosynthétiques, elles convertissent le carbone dissous dans l’eau de mer en énergie.

« Nous stockons du carbone tout en produisant de la lumière, alors que classiquement, nous émettons du carbone pour éclairer les espaces », a conclu Srubar.

Et oui, les futures scènes de rave pourraient un jour briller grâce à la lumière alimentée par des algues vivantes.

Article : Chemical Stimulation Sustains Bioluminescence of Living Light Materials – Journal : Science Advances – DOI : Lien vers l’étude

Source : Colorado Boulder U.