Optimisation des conditions thermiques et d’irradiance pour augmenter la production d’oxygène chez Tetradesmus bajacalifornicus

Pourquoi ces petites cellules vertes comptent pour la qualité de notre air futur

Alors que les niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère atteignent des records, les scientifiques recherchent des « machines » vivantes capables d’extraire ce gaz de l’air et de le transformer en quelque chose d’utile. Un candidat prometteur est la microalgue : de minuscules cellules vertes qui utilisent la lumière du soleil pour croître, libérer de l’oxygène et accumuler de la biomasse pouvant devenir nourriture, carburant ou autres produits. Cette étude examine comment amener une microalgue peu connue, Tetradesmus bajacalifornicus, à produire le plus possible d’oxygène et de biomasse en ajustant finement deux paramètres quotidiens : la lumière et la température.

Petites algues au grand potentiel

Tetradesmus bajacalifornicus est une microalgue à croissance rapide et robuste, tolérante aux conditions difficiles et à des niveaux élevés de dioxyde de carbone. Des travaux précédents ont montré qu’elle peut synthétiser des composés de valeur aux activités antioxydantes et antimicrobiennes, accumuler des huiles utiles pour la production de biocarburants et prospérer dans des environnements où d’autres organismes peinent. Cela la rend intéressante pour de futures fermes de captage du carbone et des bioraffineries. Mais jusqu’à présent, personne n’avait étudié de façon systématique comment les combinaisons d’intensité lumineuse, de température et de durée d’exposition à la chaleur influent sur sa capacité à produire de l’oxygène, indicateur direct de la performance photosynthétique et de la croissance.

Trouver le point optimal entre lumière et chaleur

Pour identifier les meilleures conditions, les chercheurs ont utilisé un dispositif sensible appelé photorespiromètre, qui mesure l’oxygène libéré par les algues en lumière et l’oxygène consommé dans l’obscurité. Ils ont testé une large gamme de niveaux lumineux et de températures mimant celles des réacteurs intérieurs à éclairage artificiel. À l’aide d’une approche statistique, ils ont construit une surface de réponse — une sorte de carte topographique — montrant comment la production d’oxygène augmente ou diminue lorsque la lumière et la chaleur varient ensemble. La carte a révélé un pic net : autour de 38 °C et sous un fort éclairement, la microalgue atteignait un taux de production d’oxygène très élevé, comparable à certaines souches industrielles performantes. En termes simples, plus chaud et plus lumineux augmentait généralement la production d’oxygène, jusqu’à une certaine limite.

Quand « trop chaud » casse le système

Cependant, ce qui paraît optimal lors d’un test court peut échouer sur plusieurs jours. Quand les cultures ont été maintenues en continu à cette température élevée sous fort éclairement, elles ont rapidement décliné. En l’espace de trois jours seulement, les signes de santé photosynthétique ont chuté brutalement et les cultures se sont effondrées. Le problème tient à la sensibilité thermique du matériel photosynthétique, en particulier une protéine centrale du complexe qui scinde l’eau et libère l’oxygène. Une surchauffe prolongée endommage cette protéine, provoquant l’accumulation de sous-produits nocifs et saturant les mécanismes de réparation cellulaires. En conséquence, les algues ne parviennent plus à maintenir une production élevée d’oxygène ni une croissance correcte, malgré des conditions optimales pour une performance à court terme.

Utiliser des impulsions quotidiennes de chaleur plutôt que le stress constant

Pour résoudre ce décalage entre performance instantanée et survie à long terme, l’équipe a testé des « impulsions » de chaleur quotidiennes. Les cultures étaient maintenues à une température confortable la plupart du temps, puis portées à la température élevée favorisant la performance pendant une, deux ou trois heures par jour. Une heure quotidienne d’élévation thermique s’est avérée bénéfique : la biomasse a augmenté d’environ un huitième par rapport aux cultures n’ayant jamais subi ce bref réchauffement, sans dommage durable. Des impulsions plus longues ont toutefois dépassé la capacité d’adaptation des cellules. À deux et trois heures de stress quotidien, la production d’oxygène a diminué et, lors de l’exposition la plus longue, les cultures ont fini par s’effondrer. Les chercheurs ont aussi testé des réchauffements plus modérés à 29 °C et 34 °C jusqu’à quatre heures. À 29 °C, les algues ont bien toléré un chauffage prolongé en maintenant leur production d’oxygène ; à 34 °C, elles ont bien tenu environ une heure, mais des expositions plus longues ont entraîné un déclin persistant.

Concevoir des fermes d’algues plus intelligentes

Ces résultats délivrent un message clair pour le captage du carbone et la production de biomasse à base d’algues : la température ne se résume pas à la valeur atteinte, mais aussi à sa durée. De courtes poussées de chaleur et de lumière plus intenses peuvent être exploitées comme un entraînement contrôlé qui renforce la productivité, tandis qu’un stress constant ou trop long devient destructeur. Pour des réacteurs fermés et intérieurs à éclairage artificiel, il devrait être possible de programmer à la fois l’intensité lumineuse et la durée des impulsions thermiques pour maintenir les algues près de leur zone optimale. En systèmes extérieurs ou ouverts, où le soleil et la température sont moins contrôlables, le choix d’espèces robustes comme Tetradesmus bajacalifornicus et une planification soignée de la conception et de l’emplacement des réacteurs seront cruciaux. Globalement, cette microalgue apparaît comme une candidate solide pour les régions chaudes et ensoleillées, où elle pourrait aider à convertir l’excès de dioxyde de carbone en oxygène et en biomasse utile — à condition de respecter ses limites thermiques.

Citation: Villaró-Cos, S., Cerdá-Moreno, C., Viviano, E. et al. Optimising thermal and irradiance conditions for enhanced oxygen production in Tetradesmus bajacalifornicus. Sci Rep 16, 11301 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41958-6

Mots-clés: microalgues, production d’oxygène, stress thermique, photobioréacteurs artificiels, captage du carbone