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Projet ANR

4/12/2014

Des serres solaires qui vont révolutionner la culture des microalgues !

Mettre au point des serres photovoltaïques dédiées à la culture de microalgues, et capables d’utiliser sélectivement la lumière solaire pour augmenter la production de biomasse tout en produisant de l’électricité, en réduisant ainsi les coûts et les impacts environnementaux : c’est objectif du projet collaboratif Purple Sun, financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) et coordonné par Inria.

Si la communauté scientifique s’intéresse de plus en plus aux microalgues, caractérisées notamment par leur capacité à se développer beaucoup plus rapidement que les plantes terrestres, c’est parce que celles-ci présentent nombre d’intérêts potentiels : production de molécules pouvant être valorisées par l’industrie alimentaire, traitement d’effluents, transformation de molécules inorganiques (dioxyde de carbone, nitrates, phosphates, …) en molécules valorisables… Et surtout, les microalgues peuvent stocker des composés transformables en carburants. « Mais à ce jour, les procédés de production de biocarburants à base de microalgues ne s’avèrent pas suffisamment efficaces pour assurer la viabilité de la filière, indique Olivier Bernard, chercheur au centre de recherche Inria Sophia Antipolis-Méditerranée. Des avancées sont nécessaires, notamment pour réduire les coûts et améliorer le bilan énergétique. »

Filtrer la lumière solaire

« Paradoxalement, c’est aux périodes les plus ensoleillées que se posent le plus de problèmes, poursuit Olivier Bernard. D’une part, lorsqu’elles reçoivent trop d’énergie solaire, les microalgues subissent un phénomène de photo-inhibition qui réduit considérablement la production de masse algale par photosynthèse. D’autre part, l’excès de soleil peut chauffer jusqu’à plus de 50° l’eau dans laquelle les microalgues sont cultivées, ce qui a pour effet de réduire la productivité des cultures, voire d’induire une forte mortalité cellulaire. »

Autre difficulté : la culture des microalgues mobilise de l’énergie pour les brasser puis pour les récolter, ce qui se traduit par un bilan énergétique et environnemental peu satisfaisant avec les systèmes actuels.

Le concept novateur du projet collaboratif Purple Sun, lancé en décembre 2013 a pour ambition de développer des serres semi-transparentes capables de filtrer la lumière solaire en effectuant un “partage des photons”. Non seulement cela permet de réguler le flux d’énergie solaire et la température de l’eau, donc d’optimiser la production de biomasse algale, mais les photons les moins propices à la photosynthèse sont utilisés pour générer de l’électricité photovoltaïque. Il deviendra alors possible de produire des biocarburants à base de microalgues sans dépenser d’énergie exogène, voire avec un bilan énergétique positif.

Contributions académiques et industrielles

Particulièrement innovant et prometteur, ce projet bénéficie d’un budget de 3 millions d’euros sur 3 ans apporté principalement par l’Agence nationale de la recherche. Au cœur du dispositif, Inria apporte son savoir-faire en matière de modélisation numérique. « Il s’agit de simuler sur ordinateur différents scénarios afin d’identifier un procédé qui soit le plus performant possible, de façon à anticiper et optimiser le pilote qui sera construit par la suite, précise Olivier Bernard, qui coordonne l’ensemble du projet Purple Sun. Ces simulations permettent notamment d’évaluer en quoi le choix de tel ou tel matériau photovoltaïque impactera la productivité de telle ou telle espèce de microalgues. » L’INRA de Sophia-Antipolis, de son côté, se consacre aux serres et à leur régulation climatique tandis que le Laboratoire d’Océanographie de Villefranche (CNRS et Université Pierre et Marie Curie) étudie la physiologie des microalgues et les mécanismes de photo-acclimatation. « Nous avons développé des photo-bioréacteurs qui permettent de réguler différents paramètres : l’intensité de la lumière, son spectre, le pH, la température, etc, précise Antoine Sciandra, directeur du LOV. Des capteurs mesurent la taille des cellules, leur concentration, leurs propriétés d’absorption et de diffusion, etc. Nous analysons également leurs propriétés biochimiques. Il nous est ainsi possible de recueillir en laboratoire des données qui permettent de valider les modèles développés par Inria. »

En plus de ces partenaires “académiques”, des acteurs industriels participent au projet. Armines, la société de transfert de l’école des Mines de Paris, étudie le design, la conduite et l’optimisation des systèmes photovoltaïques. En collaboration avec Inria pour les simulations numériques, la société ACRI détermine comment répartir au mieux les photons entre la culture d’algues et la production d’énergie. Enfin, Sunpartner Technologies décline pour la culture des microalgues sa technologie photovoltaïque transparente Wysips®. «Ces travaux de R&D consolident notre positionnement sur la réalisation de surfaces intelligentes multi-fonctionnelles,indique David Coulon, directeur R&D de Sunpartner Technologies.En juin, nous avons effectué les premiers essais de production d’énergie et de filtration de lumière. »

 Le projet Purple Sun a été distingué par le Conseil Général des Alpes Maritimes, 
 qui lui a décerné le prix  spécial du jury de ses « Trophées Climat Energie » .

Mots-clés : Purple sun Microalgues Serre solaire Biocarburant Olivier Bernard

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