La photosynthèse est un processus biologique naturel qui convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique par l'action de centres réactionnels photosynthétiques. L'énergie convertie est stockée sous forme de produits de haute énergie synthétisés par la branche réductive du processus photosynthétique. Les électrons nécessaires à ces réactions sont fournis par des molécules d'eau lors de leur oxydation par le centre de dégagement de l'oxygène (Oxygen Evolving Complex: OEC) pour le système de photosynthèse II (PSII). La photosynthèse artificielle cherche à reproduire les réactions qui se produisent dans les organismes naturels afin de i) de mieux comprendre les processus chimiques qui se déroulent dans les systèmes naturels, et ii) de parvenir à exploiter l'énergie solaire pour le développement de carburants propres et renouvelables. Chaque étape qui survient dans le processus de photosynthèse naturelle, telle que la capture de lumière, le transfert d'énergie, le transfert d'électron, la séparation de charge, l'activation du catalyseur et la réaction catalytique doit se produire au sein du système artificiel. La photosynthèse artificielle cherche à reproduire les réactions qui se produisent dans les organismes naturels afin de i) de mieux comprendre les processus chimiques qui se déroulent dans les systèmes naturels, et ii) de parvenir à exploiter l'énergie solaire pour le développement de carburants propres et renouvelables. Chaque étape qui survient dans le processus de photosynthèse naturelle, telle que la capture de lumière, le transfert d'énergie, le transfert d'électron, la séparation de charge, l'activation du catalyseur et la réaction catalytique doit se produire au sein du système artificiel. Avec ces concepts en vue, nous avons conçu, synthétisé et caractérisé des molécules qui imitent les réactions réalisées par les antennes et les centres réactionnels présents dans le photosystème II. Ces molécules sont capables de reproduire la séparation de charges induite par la lumière, le transfert d'électrons et l'accumulation d'équivalents oxydo-réducteurs observés pendant la photosynthèse naturelle. Les antennes artificielles se constituent de caroténoïdes et phthalocyanines. Ces molécules présentent des profiles d'absorption large avec des coefficients d'extinction élevés, et sont capables de supporter des transferts d'énergie ultra rapides qui permettent l'état de séparation de charges. En faisant varier la longueur de la chaine conjuguée des caroténoïdes de neuf à onze liaisons doubles, nous avons pu mettre en évidence comment ces molécules peuvent agir aussi bien comme donneurs que comme agents dissipateurs d'énergie, effet caractéristique qui s'apparente au processus de trempe non-photochimique (Non Photochemical Quenching: NPQ) qui se produit dans le cycle de la zéaxanthine. Les mimiques des agents donneurs du photosystème II ont aussi été étudiées. Ces systèmes supramoléculaires contiennent une partie photoactive liée de façon covalente par un intermédiaire à une cavité contenant un ion ou un agrégat d'ions métalliques. La photosensibilisateur utilisé est un complexe du ruthénium [Ru(bipy)3]2+ (bpy = 2,20-bipyridine), homologue du P680, qui absorbe la lumière dans le spectre visible et déclenche le transfert d'électron. Les espèces RuIII résultantes ont un potentiel d'oxydation réversible de 1.3 V vs SCE, comparables à celui de P680 (1.25 V vs NHE) et présentent donc la possibilité d'oxyder à la fois un complexe manganèse ainsi qu'une source d'électron. Concernant les molécules imitant le coté donneur du PSII, nous avons synthétisé des paires ruthénium-phénol, ainsi que des systèmes ruthénium-manganèse bimétalliques. Parmi ces dernières, nous avons étudié celles présentant des cavités de coordination constituées de terpyridines, vu qu'il a déjà été montré que les dimères Mn-di-μ-oxo-Mn de ce type peuvent catalyser l'oxydation de l'eau en oxygène moléculaire. Des salènes et salophènes ont aussi été examinés étant donné que de tels groupes peuvent accomplir l'oxydation à deux électrons de substrats organique. Dans la littérature, ces réactions sont toutes conduites par l'action d'oxydants chimiques externes, tandis que nous avons pour but d'utiliser des espèces oxydantes induites par l'action de la lumière.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:CCSD/oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00364271 |
| Date | 14 December 2007 |
| Creators | Herrero Moreno, Christian |
| Publisher | Université Paris Sud - Paris XI |
| Source Sets | CCSD theses-EN-ligne, France |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | PhD thesis |
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