Biocarburants : la modélisation numérique sied aux algues

Dans la course aux biocarburants de 2e génération, les algues font figure de vedette. Une centaine de projets de recherche ont essaimé sur ce créneau très stratégique, aux Etats-Unis, en Chine, ou en Israël. En France, les chercheurs de l'INRIA à Nice s'

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Biocarburants : la modélisation numérique sied aux algues
Qui l'eut cru ? Les micro-algues, ces organismes de quelques microns de diamètre que l'on trouve dans les mers, les rivières et les lacs, «sont capables d'accumuler des huiles que l'on peut utiliser comme biocarburant, au même titre que pour l'huile du colza», explique Olivier Bernard. « Comme tous les organismes faisant de la photosynthèse, les algues captent l'énergie solaire et la transforment pour la stocker sous forme de matière organique. Le principe des biocarburants est de récupérer cette énergie ». Le projet de Shamash vise donc à récolter ces huiles et à les transformer. « Le gros intérêt des micro-algues est qu'elles se développent très rapidement, plus rapidement que les plantes terrestres. Et elles peuvent accumuler jusqu'à 70% de leur poids sec en acides gras. », poursuit Olivier Bernard. Deux des principaux facteurs limitants des biocarburants de première génération semblent donc levés : les algues n'entrent pas en concurrence avec des cultures alimentaires, et elles ne se heurtent pas au manque de surface cultivable, puisque leur rendement énergétique à l'hectare est bien supérieur, d'un facteur 30, à celui des végétaux.

De l'art de stresser une algue. « Naturellement, les algues produisent assez peu d'huile. Pour parvenir à leur faire accumuler 70% de leur poids sec en acide gras, il faut les stresser », explique le chercheur. Une carence en azote provoquée dans le milieu de culture déséquilibre la proportion d'azote et de carbone que l'algue a l'habitude d'absorber en continu dans ses cellules. Résultat : pour compenser, l'algue stocke du carbone, sous forme d'huile. Problème, cette accumulation de lipides est transitoire : « à force d'engranger des lipides, la croissance de l'algue s'arrête, ses cellules ne se divisent plus. » Un compromis doit donc être trouvé entre la vitesse de prolifération et la quantité de lipides que les algues pourront stocker.

Coup de soleil. Autre variable à gérer : l'exposition à la lumière des algues. Car « comme nous sur une plage en plein mois d'août, l'algue se protège des radicaux libres de l'oxygène si elle reçoit des rayons du soleil trop importants ». A l'inverse, trop peu de soleil nuit à son développement et elle risque d'être rachitique. « L'objectif est de se baser sur le maximum de biomasse », sans pour autant nuire à la quantité de lumière disponible. Enfin, plusieurs possibilités existent pour faire pousser ces algues. A l'air libre, dans de grands bassins : c'est le plus simple. Mais cette méthode de culture se heurte au risque de contamination du bassin par d'autres espères d'algues, ou au fait que les algues seront la proie de prédateurs. Deuxième méthode testée pour y remédier au sein du projet Shamash : mettre les algues sous verre, dans un photobioréacteur. Mais la solution est coûteuse.

La modélisation à la rescousse. Dès lors, l'équipe de Sophia-Antipolis a eu recours à la modélisation numérique pour intégrer toutes ces variables. Elle peut ainsi procéder à des simulations et établir des « stratégies optimales de stress des algues». Une solution qui lui permet d'éviter de perdre du temps en tests empiriques coûteux : si expériences il y a, pour valider le tout, « on les limite et on les choisit de manière optimale », résume Olivier Bernard. Reste enfin à récupérer l'huile : un véritable défi puisqu'après quelques essais, il s'est avéré impossible de presser les algues comme de vulgaires citrons. Une fois ces soucis réglés, il faudra pouvoir faire pousser ces algues optimisées à grande échelle.

Pas pour demain. L'équipe française dispose de peu de recul sur les coûts et les rendements d'un futur biocarburant aux algues : selon la configuration choisie, le coût varierait de 1 à 10 dollars le litre. « On peut par exemple donner aux algues du CO2 de manière active », explique Olivier Bernard en référence à un protocole où les émissions de gaz à effet de serre de l'activité d'un industriel ont été récupérées pour les algues. « Les algues vont même apprécier, parce que le CO2 est mêlé également à des oxydes d'azote. » Dans ce cas, l'équipe a permis « à la fois de l'épuration d'effluents gazeux, et de la production de biocarburant». Le coût de production est alors partiellement compensé par des crédits carbone.

Si les biocarburants aux algues font l'objet d'un engouement particulier des transporteurs aériens, Airbus et Boeing ayant multiplié les effets d'annonce autour de « bio-jet », voler aux micro algues ne se fera pas tout de suite. Selon Olivier Bernard, au moins cinq ans seront nécessaires à l'élaboration d'un carburant viable sur le plan commercial. Une échelle néanmoins courte à l'aune de la crise pétrolière et du changement climatique.

Ana Lutzky




Légende de la photo :
Photobioréacteurs de laboratoire destinés à étudier l'effet d'une carence en azote sur la production d'huile par des microalgues

Légende du graphique : Simulation numérique des productivités en huile obtenues pour diverses intensités lumineuses et diverses conditions de carence en azote (les échelles ne sont pas mentionnées pour des raisons de confidentialité).

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