De l’énergie verte produite par des algues bleues

On pensait peut-être tout savoir du métabolisme des microorganismesmicroorganismes, mais une nouvelle découverte dans ce domaine, publiée dans la revue Nature communications, pourrait bien permettre de créer de l'énergie verteénergie verte (le biohydrogène) plus simplement, grâce à une cyanobactériecyanobactérie du nom de Cyanothece 51142.

Les cyanobactéries, des procaryotes présents dans tous les milieux, sont aussi appelées « alguesalgues bleues », parce qu'elles vivent principalement dans l'eau et qu'elles possèdent la capacité à effectuer la photosynthèsephotosynthèse. Comme chez tous les végétaux, ce processus activé par la lumièrelumière du soleilsoleil convertit le dioxyde de carbonedioxyde de carbone en énergie (sucre) et en dioxygène.

Fixation de l'azote et production d'hydrogène

La cyanobactérie Cyanothece 51142, découverte en 1993 et séquencée en 2008, sort un peu du lot. En plus de la fixation du carbone, cette bactérie est également capable de fixer l’azote contenu dans l'airair pour former de l'ammoniaqueammoniaque ou d'autres plus grosses moléculesmolécules azotées. Ce mécanisme utilise de l'énergie stockée dans le glycogène et produit de l'hydrogènehydrogène comme produit dérivé. Cyanothece 51142 n'est pas le premier organisme connu à produire de l'hydrogène, mais c'est bien le premier à pouvoir synthétiser de l'hydrogène dans un milieu oxygéné.

Les cyanobactéries (vertes) cultivées dans un laboratoire en pleine lumière sont plus efficaces pour produire du biohydrogène. © Whitney Curtis, Université Washington à Saint-Louis

Car chez tous les organismes connus, la nitrogénase (l'enzymeenzyme responsable de la fixation de l'azoteazote) est sensible à l'oxygène et arrête de fonctionner en sa présence. Il faut donc un moyen de découpler les deux voies métaboliques. La bactérie, qui a décidément réponse à tout, a trouvé la parade : à l'inverse des autres procaryotes qui en sont tous dépourvus, Cyanothece 51142 possède une horloge biologiquehorloge biologique qui établit un rythme circadienrythme circadien.

Le jour, les bactéries fixent le carbone et produisent de l'oxygène en produit dérivé, alors que la nuit la fixation de l'azote produit de l'hydrogène, à raison d'une molécule d'hydrogène par molécule d'azote fixée. Chaque voie métabolique nourrit la voie métabolique suivante : la photosynthèse produit de l'énergie qui sera utilisée pour assurer la bonne marche très consommatrice de la nitrogénase. Celle-ci fixera des atomesatomes d'azote pour pouvoir fabriquer des protéinesprotéines contenant de l'azote pendant la journée. Et puisqu'elle fixe le carbone et l'azote, la bactérie peut donc survivre à la fois dans l'air et dans l'eau, un exploit pour un organisme.

Un rendement augmenté artificiellement

Cette horloge biologique est si ancrée que la modification artificielle de la luminositéluminosité n'interrompt pas le cycle de ces bactéries. C'est ainsi que les chercheurs ont constaté qu'en laissant la lumière allumée pendant 48 heures, les bactéries pouvaient bénéficier de l'énergie lumineuse pour fixer davantage d'azote, jusqu'à 150 micromoles par milligramme de chlorophyllechlorophylle par heure. Encore mieux, lorsque l'on additionne le milieu de glycérolglycérol, le rendement est encore triplé. Plus il y a de carbone dans la cellule et plus la cellule est en demande d'azote ; en fixant plus d'azote, la nitrogénase travaille davantage et produit donc plus d'hydrogène.

Si le biohydrogène, affublé d'une bonne publicité, est l'objet de recherches pour le développement de moteurs à hydrogène à haut rendement, Himadri Pakrasi, l'un des auteurs de l'article, avertit néanmoins que « l'hydrogène n'est pas le carburant de demain. Il est difficile à transporter et sa densité énergétique est trop faible ». Avec un propos imagé il ajoute que « le réservoir d'un camion alimenté en hydrogène occuperait la place de la moitié de la cargaison ». Les scientifiques n'ont plus qu'à trouver un nouveau microorganisme capable d'utiliser l'hydrogène pour produire une énergie facilement exploitable !