Purple Sun : l’énergie solaire partagée entre production photovoltaïque et production de microalgues

Description détaillée de la Solution

Dotées d’une croissance rapide, les microalgues ont la particularité de pouvoir produire des substances industriellement intéressantes. Déjà utilisées dans l’alimentation animale, les cosmétiques et les produits pharmaceutiques, les microalgues sont apparues ces dernières années comme une filière prometteuse pour la chimie verte (engrais, bioplastique) et les bioénergies (biogaz et biodiesel). Ces micro-organismes photosynthétiques constituent en effet une solution efficace pour le recyclage du CO₂ et la production de biocarburants dits de 3^ème génération.

Pour rendre cette filière compétitive, il faut en améliorer les bilans à la fois environnementaux et économiques. L’un des défis majeurs consiste à en réduire les coûts, notamment les coûts énergétiques.

Le projet Purple Sun part de plusieurs constats :

• Les niveaux naturels d’énergie solaire induisent des mécanismes de photosaturation et de photoinhibition qui sont délétères pour le rendement photosynthétique des microalgues et qui élèvent la température des cultures à des niveaux contreproductifs.
• Les microalgues absorbent préférentiellement certaines longueurs d’ondes solaires (le bleu et le rouge).

Le défi technologique est donc d’optimiser, en accord avec le concept de bioraffinerie, le partage du rayonnement solaire en une partie utilisée pour la production de microalgues et le reste pour la production photovoltaïque d’énergie dont une fraction sera dédiée au procédé de production de microalgues. Le projet développe donc à la fois de nouveaux panneaux solaires semi-transparents autorisant la photosynthèse, et des procédés de culture de microalgues innovants. L’utilisation de panneaux photovoltaïques semi-transparents permet à la fois de maintenir la productivité biologique aux intensités lumineuses moyennes et de réduire la mortalité aux fortes intensités tout en produisant de l’électricité photovoltaïque.

Le consortium rassemble sept partenaires engagés dans une réflexion prospective au service de la filière microalgues. Leurs expertises s’appuient sur les techniques modernes de design et de pilotage des serres (INRA), et mobilisent les compétences de spécialistes en microalgues (UPMC et INRIA), en technologies photovoltaïques innovantes (Sunpartner Technologies et Armines), en calcul numérique et en études d’impact (ACRI et INRIA). Purple Sun est financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR-13-BIME-004), avec un budget total de 3 Millions €.

Les développements technologiques du projet sont orientés selon leur coût et leurs impacts sur l’environnement.
Des expériences au laboratoire et sur deux pilotes en extérieur spécialement développés permettent de mieux comprendre et maîtriser l’effet d’une lumière colorée (dépourvue de certaines longueurs d’onde) sur le taux de croissance des microalgues et leur bioaccumulation de composés d’intérêt. Les gains et les coûts sont évalués globalement à l’échelle de la serre photovoltaïque pour microalgues grâce à des outils numériques de simulation validés par les données expérimentales acquises dans les dispositifs pilotes.

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