Culture de Chlorococcum sp. nordique dans l’effluent de digesteur anaérobie : effets de la concentration de CO2 et de la configuration du réacteur

Transformer les eaux usées en ressource

À mesure que les villes croissent, nous rejetons d’énormes quantités d’eaux sales contenant encore des nutriments et du carbone susceptibles d’être valorisés. Plutôt que de considérer ces eaux comme un problème, les chercheurs explorent comment de petites algues vertes peuvent les transformer en source d’eau propre, en produits utiles et contribuer à lutter contre le changement climatique. Cette étude porte sur une microalgue nordique robuste et pose une question concrète : dans quelles conditions peut-elle au mieux épurer les eaux usées, séquestrer le dioxyde de carbone et produire une biomasse valorisable ?

Des boues d’épuration à l’alimentation des algues

Les stations d’épuration modernes utilisent souvent la digestion anaérobie, un processus où des microbes dégradent les boues pour produire du biogaz. Ce qui reste est un liquide riche en azote et en phosphore. S’il est rejeté sans traitement, ces nutriments peuvent déclencher des proliférations d’algues nuisibles dans les lacs et les mers. Les chercheurs ont utilisé ce liquide résiduaire comme milieu de culture pour une souche nordique de la microalgue verte Chlorococcum. Comme les algues croissent par photosynthèse, on leur a également fourni du dioxyde de carbone (CO2), simulant des flux gazeux pouvant provenir de fumées industrielles. En ajustant le taux de CO2 et le type de cuve de culture, ils ont testé la capacité des algues à croître, à éliminer les nutriments et à convertir le carbone en biomasse.

Trouver le point optimal de dioxyde de carbone

L’équipe s’est d’abord concentrée sur l’air respiré par les algues. Ils ont comparé quatre niveaux de CO2 : l’air ordinaire (très peu de CO2) et de l’air enrichi à 3, 6 ou 9 pour cent de CO2. Trop peu de CO2 a affamé les algues et maintenu l’eau à un pH inconfortablement élevé, entraînant une croissance médiocre. Trop de CO2 a abaissé excessivement le pH et freiné aussi les cellules. Le compromis idéal s’est avéré être 6 % de CO2, qui a produit près de cinq fois plus de biomasse que l’air ordinaire et le taux de capture de CO2 par litre de culture le plus élevé. Même ainsi, les algues cultivées à l’air ambiant ont éliminé davantage d’ammonium et de phosphore de l’eau, en partie parce que des processus chimiques dans l’eau alcaline ont éliminé une fraction de l’azote sous forme gazeuse, indépendamment de la biologie.

Concevoir le bon habitat pour les algues

Puis les scientifiques ont examiné comment la conception physique du réacteur — le « domicile » des algues — influence les performances. En utilisant le CO2 optimal de 6 %, ils ont comparé une colonne à bulles simple, un réacteur airlift avec un tube interne favorisant la circulation, et une colonne à bulles contenant des supports plastiques flottants offrant des surfaces d’adhésion pour les algues. Les trois configurations ont maintenu l’eau à un pH confortable, presque neutre. Le réacteur airlift a produit le plus grand nombre de cellules en un temps réduit, ce qui le rend intéressant lorsque la croissance rapide est recherchée. Cependant, la colonne à bulles simple a abouti à la plus grande biomasse finale et a éliminé le plus d’ammonium et de phosphore, bien que cela ait pris un peu plus de temps. La version avec supports a légèrement amélioré l’utilisation du CO2 mais n’a pas apporté d’avantage net en termes de croissance ou d’élimination des nutriments pour cette souche particulière.

Les algues comme plateforme pour des carburants futurs

Au-delà de l’épuration et de la capture du CO2, les microalgues présentent un intérêt parce que leurs composants huileux peuvent être transformés en biodiesel. Les chercheurs ont mesuré protéines, glucides et différents types de lipides dans la biomasse algale. Les niveaux de protéines et de sucres sont restés assez constants quel que soit le taux de CO2 et le type de réacteur, montrant que la souche est métaboliquement stable. En revanche, la fraction lipidique a fortement répondu au CO2. À faible CO2, les algues produisaient relativement peu de lipides et privilégiaient des molécules polyinsaturées associées aux membranes cellulaires. À des niveaux de CO2 plus élevés, elles ont accumulé beaucoup plus de lipides et se sont orientées vers des molécules monoinsaturées mieux adaptées au biodiesel, avec des profils proches des normes de carburant existantes. Il est important de noter que la modification de la conception du réacteur n’a pas altéré cette composition biochimique, ce qui permet aux ingénieurs de choisir un réacteur en fonction du coût et des performances sans compromettre la qualité du produit.

Ce que cela signifie pour de l’eau plus propre et les objectifs climatiques

Pour un observateur non spécialiste, cette étude montre qu’une algue nordique robuste peut transformer un flux résiduaire problématique issu du traitement des eaux usées en eau plus propre, carbone capturé et potentiellement des biocarburants utiles. Le travail identifie une plage opérationnelle pratique : un enrichissement modéré en CO2 autour de 6 % associé soit à des réacteurs airlift à croissance rapide, soit à des colonnes à bulles plus efficaces en épuration, selon que la priorité soit la vitesse ou l’élimination des nutriments. Si des défis subsistent, comme les coûts de récolte et l’ingénierie à grande échelle, les résultats suggèrent que les systèmes à base de microalgues pourraient aider les villes à respecter les normes d’assainissement, réduire la pollution nutritive et soutenir les objectifs climatiques et énergétiques en intégrant traitement des déchets et production de biomasse.

Citation: Mohammadkhani, G., Mahboubi, A., Funk, C. et al. Cultivation of Nordic Chlorococcum sp. in anaerobic digestion effluent: Effects of CO₂ concentration and reactor configuration. Sci Rep 16, 13625 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51126-5

Mots-clés: traitement des eaux par microalgues, captage du dioxyde de carbone, effluent de digestion anaérobie, potentiel de biocarburant algal, conception de photobioréacteur