Une rose est une rose est… un circuit électronique. Vue d’artiste (Ph. Chris Sorge via Flickr CC BY 2.0).
Le rêve de la fusion du vivant et de l’électronique devient réalité, du moins dans le règne végétal. Des chercheurs suédois de l’université de Linköping ont en effet réussi à transformer la tige et les feuilles d’une rosa micrantha (rose des jardins) en un circuit électronique comportant notamment transistor, porte logique et dispositif électrochromique (changement de couleur sous l’effet d’un champ électrique).
Le plus étonnant dans cette opération, est qu’il s’agit non pas d’une greffe de circuits sur le végétal mais bien d’une transformation de sa structure biologique même, à l’aide de produits chimiques absorbés naturellement par la plante vivante. Et le processus pourrait s’appliquer à tout le règne végétal…
Une rose qui s’alimente de polymère conducteur
Pour comprendre comment l’équipe de chercheurs a réalisé cette métamorphose, résultat de 20 ans de recherches, on peut penser aux techniques d’embaumement pratiquées par certaines cultures ou encore aux célèbres “écorchés vifs” de l’anatomiste Gunther von Hagens (technique de plastination), consistant à remplacer les fluides corporels, dont le sang, par un autre produit (silicone, huile, etc.) afin de les figer et conserver dans leur forme naturelle.
Le système de vaisseaux naturel de la rose (ici représentée avec ses racines). B- Zoom sur la structure des vaisseaux de la tige où apparaissent notamment les canaux de xylème. C- Zoom sur la structure d’une feuille. Ces canaux (et d’autres) absorbent le polymère conducteur (Ove Nilsson et al., Sci Adv 2015).
En substance, les chercheurs ont coupé les racines d’une rose, ont placé la tige dans un bain de polymère conducteur aqueux et ont attendu entre 24 et 48 heures que la fleur absorbe naturellement le liquide, comme s’il s’agissait d’eau. Le polymère a ainsi envahi, par succion capillaire et osmotique, les “veines” de la plante et des feuilles, en particulier les vaisseaux de xylème, ces tubes creux de quelques dizaines de micromètres de diamètre qui transportent les nutriments et l’eau extraits de la terre.
Rose-transistor, rose-condensateur, rose-capteur
Il s’est donc formé à l’intérieur de la plante un réseau complexe de ce polymère, nommé PEDOT (ou poly(3,4-éthylènedioxythiophène)), épousant exactement la forme du réseau veineux biologique. En réalité, le PEDOT introduit a été préalablement transformé chimiquement afin d’acquérir la propriété électronique essentielle des transistors des microprocesseurs, à savoir : être semi-conducteur (on parle de dopage par des atomes).
Schéma de l’expérience et clichés microscopiques des canaux de xylème contenant le polymère conducteur (Ove Nilsson et al., Sci Adv 2015).
Or ce polymère dopé est depuis quelques années utilisé dans le domaine de l’électronique organique (plastiques) pour réaliser des transistors, des condensateurs, des écrans souples, etc. En particulier, il a la propriété de réagir électriquement en présence de substances chimiques ou de provoquer des réactions chimiques sous l’effet de signaux électriques (un peu comme les neurones) ce qui en fait également un capteur et activateur de phénomènes chimiques ou biochimiques – il est également biocompatible.
Des plantes douées de logique
En bref, le PEDOT est le matériau rêvé pour développer des interfaces entre le monde biologique et l’électronique. Ainsi, les chercheurs suédois ont réalisé un mariage idéal entre ce polymère et la circuiterie naturelles des vaisseaux de xylème dans les végétaux (arbres et plantes). Concrètement, ils ont pu construire à l’intérieur de la rose des transistors (élément essentiel de l’électronique) et même une “porte logique NOR“, soit un microcircuit capable d’exécuter toutes les fonctions logiques à la base du traitement de l’information par les microprocesseurs.
Test des propriétés conductrices d’un canal de xylème rempli de polymère (Ove Nilsson et al., Sci Adv 2015).
Mieux encore ! En se focalisant sur les feuilles de la rose, ils ont montré que l’imprégnation de PEDOT de ses vaisseaux les rendait électrochromes, c’est-à-dire capables des modifier leur couleur sous l’effet d’une tension électrique (phénomène utilisé notamment par l’industrie du verre pour les vitres à opacité variable).
Produire de l’électricité à partir de la photosynthèse
En résumé, l’invention de l’e-Rose présage de nombreuses applications, surtout que la transformation des plantes peut être réalisée partiellement afin de les garder vivantes. Du coté biologique, la technique permettrait ainsi d’étudier in vivo les processus biologiques microscopiques des végétaux, dont on ignore encore le détail. Mais elle servirait aussi à piloter ces processus afin de favoriser et orienter leur croissance.
Du coté de l’électronique, elle pourrait conduire à une nouvelle technologie plus écologique et durable. En particulier, les chercheurs évoquent la possibilité de générer de l’électricité directement à partir de la photosynthèse se produisant à l’échelle cellulaire des végétaux.
–Román Ikonicoff
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