Un zeste de mathématiques pour les biocarburants de demain

Un bassin de culture d’algues. La roue à aubes sert à l’agitation et à la remise en suspension des micro-algues.

Huile de colza, de soja, culture d’oléagineux, de betteraves ou de maïs… les procédés de production de biocarburants durables sont des enjeux sociétaux et environnementaux importants. Les microalgues sont des organismes microscopiques, habituellement cultivés en bassin pour leurs molécules à haute valeur ajoutée (pharmaceutiques, cosmétiques etc). Certaines espèces, à forte teneur en lipides, pourraient conduire à la production de biocarburant de 3ème génération. Elles offrent, par rapport à la culture de plantes supérieures, des rendements potentiellement supérieurs d’un ordre de grandeur.

Remplacer les hydrocarbures par des biocarburants à grande échelle relève toutefois du défi. S’il est relativement aisé de cultiver des algues dans son aquarium à poissons, c’est beaucoup plus délicat de maintenir une productivité élevée dans des systèmes de culture agités soumis aux aléas climatiques, car les paramètres tels que la luminosité, la température et l’approvisionnement en nutriments varient alors beaucoup, notamment en fonction de la géométrie du bassin. Comment trouver les meilleures solutions pour optimiser la production i.e. récolter le plus de biomasse possible en minimisant l’énergie exogène utilisée ?

Des modèles mathématiques ont donc été développés représentant sous forme d’équations aux dérivées partielles la dynamique de l’écoulement dans le bassin ainsi que l’évolution des concentrations des espèces biologiques. Une fois résolus informatiquement, ces modèles permettent d’obtenir des simulations numériques et donnent accès à des quantités physiques utiles. On peut ainsi améliorer l’agitation générée par la roue à aubes ou encore optimiser les espèces de micro-algues cultivées dans le bassin, tout en réduisant la dépense énergétique associée à la production. Même si les résultats des calculs doivent être utilisés en complément de résultats expérimentaux, ils sont plus rapides et moins coûteux à obtenir, et permettent d’appréhender les contraintes et les impacts de la production de masse à grande échelle.

Les simulateurs ainsi développés seront particulièrement utiles pour développer et rationaliser la filière industrielle, comprenant un ensemble d’acteurs économiques qui mèneront ces petites algues du fond de leur bassin au carburateur de nos véhicules du futur.

Brève rédigée par Olivier BernardJacques Sainte-Marie (Inria) et Bruno Sialve (Naskeo)

Pour en savoir plus :

Crédits Images : INRA, projet ANR Symbiose.

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