Éclaircir les aspects méconnus des caroténoïdes
La spectroscopie ultra-rapide Raman dans des conditions de résonance permet d’observer de manière sélective les contributions vibrationnelles de différents états excités
Les caroténoïdes confèrent aux plantes leurs couleurs orange et jaune. Ils captent les photons lors de la photosynthèse et, parallèlement, protègent efficacement l’appareil photosynthétique contre la lumière. Des décennies de recherches intensives n’ont toutefois pas permis de compléter notre compréhension de la photophysique des caroténoïdes, ni, par conséquent, celle des processus induits par la lumière à l’œuvre dans les systèmes contenant des caroténoïdes. L’interprétation s’est longtemps appuyée sur un schéma électronique simplifié à trois niveaux (S₀, S₁, S₂). Ce cadre traditionnel ne rend toutefois pas compte de l’ensemble des signaux transitoires ultra-rapides complexes enregistrés expérimentalement, ce qui suggère l’existence d’états électroniques supplémentaires. Ces états sont dits « sombres » car ils n’apparaissent pas dans l’absorption, et tant leur nombre que leur nature ont fait l’objet de longs débats.
L’instrumentation de la plateforme Raman femtoseconde LUMA permet de mesurer un signal de spectroscopie Raman stimulée en l’espace d’une centaine de femtosecondes dans des conditions de résonance. En ajustant ces conditions de résonance, les chercheurs ont pu observer de manière sélective, au sein de l’espace des états électroniques des caroténoïdes, les empreintes vibrationnelles de trois états électroniques sombres distincts, et déterminer leur nature. Sur cette base, ils proposent un cadre théorique plus précis que le modèle à trois niveaux initial. Celui-ci rend déjà mieux compte des processus de transfert d’énergie auxquels participent les caroténoïdes lors des premières étapes de la photosynthèse, et il pourrait notamment contribuer à expliquer le rôle que jouent ces molécules dans la photoprotection.
Ce travail tranche, avec une précision sans précédent, une controverse qui agite depuis des années le monde de la photosynthèse concernant le rôle des caroténoïdes. Il apporte également un éclairage nouveau sur la photophysique de ces molécules essentielles et fournit un cadre spectroscopique adapté à la caractérisation de leurs différents rôles.
Contact
Manuel Llansola-Portoles, Chercheur, I2BC, CNRS
Référence
R. Bercy, V. C. D’mello, A. Gall, C. Ilioaia, A.A. Pascal, J. J. Romero, B. Robert, M. J. Llansola-Portoles, « Reassessing Carotenoid Photophysics: Shedding Light on Dark States. » J. Am. Chem. Soc. 2026, 148 (23), 23976-23985. https://doi.org/10.1021/jacs.6c03864
Ce travail s’inscrit dans la plateforme de Spectrométrie Raman femtoseconde de l’I2BC du PEPR LUMA, qui a bénéficié d’une aide de l’État gérée par l’Agence Nationale de la Recherche au titre de France 2030 portant la référence ULTRAFAST ANR-22-EXLU-0002.
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