AlgoSolis : les microalgues, de la science à l’industrie

À mi-chemin entre laboratoire et installation industrielle, la plateforme AlgoSolis , rattachée au Laboratoire de génie des procédés – environnement – agroalimentaire , s’est engagée dans un domaine encore peu exploré en France : la culture préindustrielle de microalgues. Ces micro-organismes suscitent un intérêt croissant dans de nombreux secteurs industriels. Dans la production de biocarburants, ils offrent une alternative aux huiles fossiles ; en cosmétique, certaines souches permettent de développer des crèmes et sérums ; dans le domaine des plastiques et matériaux composites, ils servent à créer des solutions plus durables ; et dans la construction, des recherches explorent leur incorporation dans le béton et le ciment pour réduire l’empreinte carbone des bâtiments. Mais transformer ces micro-organismes en matière première industrielle reste un défi scientifique et technique.

« Certaines souches se développent facilement en milieu naturel. Mais pour en produire suffisamment, il faudrait filtrer des millions de mètres cubes d’eau de mer, ce qui n’est ni viable économiquement ni acceptable sur le plan écologique. Sur AlgoSolis, nous développons des solutions pour stabiliser et rentabiliser les procédés destinés à leur production », explique Jérémy Pruvost, directeur scientifique d’AlgoSolis.

S’étendant sur 3500 m², le site de recherche comprend des salles de laboratoires, mais aussi des serres et des bassins extérieurs destinés aux cultures de microalgues. Une partie abritée permet d’assurer les premières étapes de culture dans des conditions strictement contrôlées, sur des paillasses de laboratoire et avec un éclairage ajusté par des panneaux LEDs. « Les algues se comportent comme des semences : les débuts sont délicats. Température et lumière doivent être gérées avec précision. Une fois les premiers volumes obtenus, la production peut ensuite débuter », détaille Jérémy Pruvost.

Entre exigence scientifique et rentabilité industrielle

À l’extérieur, différentes technologies assurent la croissance des cultures à plus grande échelle. Là où un système de culture de laboratoire dépasse rarement dix litres, les bassins type race-ways  d’AlgoSolis peuvent contenir plusieurs mètres cubes d’eau. Dans ces bassins allongés, une roue à aube génère un courant continu qui empêche les algues de se déposer et assure leur exposition uniforme à la lumière. Les lignes de production, au nombre d’une vingtaine, forment autant de systèmes autonomes les uns par rapport aux autres. 

Chaque équipement dispose de son propre circuit d’alimentation en eau pour limiter les risques de contamination. Les processus sont autonomes grâce à un réseau de capteurs et les données collectées en temps réel. « Sur un site industriel classique, les bassins partagent souvent la même arrivée d’eau, ce qui simplifie la logistique. Ici, chaque ligne doit avoir son propre circuit, car les projets et les souches varient selon les sources », détaille le directeur scientifique. L’eau de ville, pas assez riche en éléments nutritifs, n’est pas idéale pour la croissance des algues. En fonction des lignes de production, les équipes ajustent donc leurs formulations en ajoutant nutriments et sels minéraux selon les besoins. « Notre objectif est d’obtenir le meilleur milieu de croissance pour les microalgues. Mais il faut aussi tenir compte du coût et trouver un équilibre entre exigences scientifiques et rentabilité des procédés », précise Jérémy Pruvost.

Passage à l’échelle

Pour les applications nécessitant de grandes quantités de biomasse comme la production de biocarburants, ce type d’installation permet de comparer et d’étudier différentes solutions techniques dans des conditions représentatives d’une future exploitation industrielle. C’est un des atouts du lieu, à savoir disposer d’installations difficiles à reproduire en laboratoire. « Ce que nous faisons, c’est du scale-up, autrement dit un passage à l’échelle pour des procédés de culture et de bioraffinage de la biomasse. Il y a un fossé qui existe aujourd’hui entre le monde académique et celui de l’industrie. Le rôle d’AlgoSolis consiste à créer du lien entre ces deux mondes en proposant diverses solutions techniques et scientifiques », résume Jordan Prieto, directeur opérationnel d’Algosolis. L’autre point fort de la plateforme est son caractère interdisciplinaire qui réunit des compétences en microbiologie, bioprocédés, bioraffinage, instrumentation et procédés de culture. 

Pour les applications nécessitant moins de volume mais une grande précision, comme la cosmétique, la culture se fait dans des photobioréacteurs. Ces dispositifs sont des dispositifs tubulaires ou des plans où les algues sont protégées par des vitrages laissant passer la lumière. Ils sont parfois équipés de panneaux LEDs pour réguler l’éclairage. Dans une démarche d’économie des ressources, les ingénieurs développent des modèles de photobioréacteurs dits « intensifiés », nécessitant seulement quelques millimètres d’eau contre 10 à 30 centimètres pour les modèles traditionnels. Cette approche permet de limiter considérablement la consommation d’eau tout en concentrant la biomasse, réduisant au final drastiquement l’empreinte environnementale de la culture. « Cela pourrait se révéler être un atout majeur pour la production de biocarburants, comme pour l’aviation et le transport maritime », estime Jérémy Pruvost.

Un autre projet de recherche ambitionne d’associer panneaux photovoltaïques semi-transparents et photobioréacteurs, ce qui permettrait de produire de l’électricité tout en permettant la croissance des micro-organismes grâce à la filtration du rayonnement solaire. Ingénieures et ingénieurs testent également des prototypes intégrés en façade de bâtiment, qui pourraient à terme être installés pour améliorer l’isolation thermique ou renforcer la climatisation, mais aussi traiter les effluents du bâtiment. 

Microalgues et décarbonation

Au-delà de la production, le site explore également le rôle que les microalgues peuvent jouer dans la réduction des impacts environnementaux de l’industrie. « Nous testons des procédés où les microalgues remplaceraient certains matériaux dans le béton ou le ciment, et où elles pourraient absorber le CO₂ rejeté par des installations industrielles », détaille Jordan Prieto. Sur place, plusieurs chaudières à gaz ont vu leur CO₂ réinjecté dans les bassins de culture dans le cadre d’un projet mené avec une cimenterie. D’autres applications sont à l’étude, comme l’utilisation des microalgues pour traiter les eaux usées et irriguer les cultures dans des zones arides. 

Chaque expérimentation nécessite d’adapter les installations et les systèmes de culture, mais ces essais permettent de transformer un laboratoire en véritable terrain d’expérimentation industrielle, où chaque protocole testé a vocation à passer à l’échelle industrielle et à se concrétiser en applications concrètes en France ou dans le monde. AlgoSolis se positionne ainsi comme un carrefour où recherche, innovation et industrie se rencontrent pour imaginer comment les microalgues pourraient devenir à l’avenir une solution concrète pour réduire l’empreinte écologique de secteurs entiers.