Dispositifs optiques biogéniques pour la conversion de l'énergie solaire : des coquilles de diatomées semblables à du verre aident à transformer la lumière en énergie dans des conditions sombres
Une équipe de recherche de McGill dirigée par les professeurs Mark Andrews (Département de chimie) et David Plant (Génie électrique) a montré comment les coquilles vitreuses du phytoplancton (diatomées) aident ces organismes microscopiques à effectuer la photosynthèse dans des conditions de faible luminosité. Bien qu'il ne représente qu'environ 1 % de la biomasse végétale mondiale, le phytoplancton représente environ 50 % de l'activité photosynthétique de la planète et au moins la moitié de la production mondiale d'oxygène. Cela fait des diatomées un sujet de recherche actif, notamment pour le rôle de la coque de verre nanoporeux en tant que dispositif d'optique intégrée pour récolter, distribuer et concentrer l'énergie solaire.
Leur publication Optical Materials Express intitulée, Mécanismes de récolte de l'énergie solaire des frustules des diatomées de Nitzschia filiformis, permet de mieux comprendre comment les diatomées récoltent et interagissent avec la lumière de manière à améliorer les cellules solaires, les dispositifs de détection et les composants optiques (Figure ci-dessus) . L'article est l'aboutissement de la recherche de thèse de doctorat de l'auteur principal Yannick D'Mello et des étudiants collaborateurs, Santiago Bernal, Dan Petrescu et James Skoric.t
La recherche est la première à modéliser l'intégralité de la coque en verre (frustule), y compris son désordre inhérent et le comportement intégré des fonctions localisées du dispositif optique. L'étude fournit un support quantitatif à l'hypothèse selon laquelle le frustule richement décoré améliore la photosynthèse dans la cellule. Les résultats sont alléchants pour la façon dont ils plaident en faveur de la culture des diatomées en tant que dispositifs manufacturables en masse de manière durable avec des applications dans l'énergie solaire, la séquestration du carbone, la détection, la médecine et les métamatériaux.
Les chercheurs notent que ce travail commémore leur collègue Dan Petrescu, décédé l'année dernière. La recherche n'aurait pas été possible sans sa perspicacité, son aide et son dévouement.
Pour la publication complète, voir Optical Materials Express https://opg.optica.org/ome/fulltext.cfm?uri=ome-12-12-4665&id=521854