Ombres membranaires durables inspirées de la nature pour réduire l'évaporation de l'eau dans la culture d'algues

Transformer la lumière solaire en combustibles durables

Les algues ne paient pas de mine, mais ces minuscules organismes verts pourraient fournir demain des carburants, des aliments et des produits chimiques tout en capturant le dioxyde de carbone de l'air. Le problème est que les cultures d'algues en extérieur, en particulier dans les régions chaudes et sèches, gaspillent d'énormes quantités d'eau à mesure que les bassins s'évaporent sous un soleil intense. Cette étude explore une solution simple, inspirée de la nature, pour protéger les bassins d'algues afin qu'ils perdent beaucoup moins d'eau tout en recevant suffisamment de lumière et d'air pour une croissance saine.

Pourquoi les algues comptent dans un monde assoiffé

Les algues peuvent transformer la lumière solaire, le dioxyde de carbone et les nutriments en huiles, protéines et autres produits utiles, ce qui en fait des sources prometteuses de biocarburants, d'aliments pour animaux et de produits chimiques de spécialité. Chaque kilogramme de biomasse algale peut séquestrer près du double de son poids en dioxyde de carbone, et la production mondiale atteint déjà plusieurs dizaines de millions de tonnes par an. Les régions chaudes et ensoleillées, comme la péninsule arabique, sont particulièrement attractives pour des fermes d'algues à grande échelle car elles offrent beaucoup de soleil, des terres non agricoles, de l'eau de mer et des sources industrielles de dioxyde de carbone à proximité. Mais dans ces climats arides, les bassins ouverts perdent d'énormes volumes d'eau par évaporation, ce qui augmente les coûts et limite le développement.

Le problème des couvercles de bassin conventionnels

Une idée évidente est de couvrir l'eau. Des boules flottantes, des feuilles de mousse, des films et même des monocouches chimiques ont été testés pour réduire l'évaporation des réservoirs et des bassins d'algues. Beaucoup de ces solutions économisent l'eau, mais elles bloquent souvent trop la lumière ou entravent les échanges gazeux entre l'air et l'eau. Pour les algues, ce compromis peut être fatal : elles ont besoin d'une intensité de lumière visible juste adaptée pour la photosynthèse — et elles doivent pouvoir absorber le dioxyde de carbone et libérer l'oxygène librement. Les couvercles denses peuvent protéger l'eau, mais ils risquent de surchauffer les cultures, de les priver de lumière, de piéger des niveaux d'oxygène nocifs et, en fin de compte, de réduire la productivité.

Une ombre inspirée de la nature faite de fibres minces

Pour répondre à cela, les chercheurs se sont inspirés des feuilles de plante, qui utilisent une peau cireuse externe pour ralentir la perte d'eau tout en laissant circuler les gaz. Ils ont créé de fines « ombres » poreuses composées de nanofibres — des filaments extrêmement fins — déposées sur un treillis plastique de soutien. Deux polymères courants ont été utilisés : l'acide polylactique (PLA), qui peut se biodégrader en compostage industriel, et le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), très durable et recyclable. Produits par un procédé d'électrofilage en rouleau à l'échelle industrielle, ces tapis de nanofibres sont fortement déperlants, mécaniquement robustes et thermiquement stables. Ils laissent passer 70 à 80 % de la lumière visible utile à la croissance tout en bloquant une grande partie du rayonnement ultraviolet plus agressif qui peut endommager les cellules d'algues.

Laisser passer les gaz tout en retenant l'eau

Des tests en extérieur ont montré que les bassins couverts par ces ombres en nanofibres perdaient jusqu'à 86–87 % d'eau en moins que les bassins découverts, même sous un fort soleil désertique. Parallèlement, des mesures précises du dioxyde de carbone dissous et de l'oxygène ont révélé que les ombres ralentissaient à peine les échanges gazeux : le dioxyde de carbone pouvait toujours entrer dans l'eau pour alimenter la photosynthèse, et l'oxygène pouvait s'échapper avant d'atteindre des niveaux nocifs. Les ombres ont également atténué les pics d'intensité lumineuse, maintenant la lumière dans une plage plus confortable pour la croissance des algues et réduisant le risque de stress induit par la lumière. Sur onze jours de culture avec l'ombre en PLA, les cultures d'algues ont utilisé environ deux fois moins d'eau par jour que les cultures découvertes.

Échanger un peu de biomasse contre un meilleur contrôle

Il y avait un compromis : les cultures ombrées ont produit une biomasse finale légèrement inférieure à celle des bassins les plus lumineux et découverts — environ un tiers de moins dans cette étude. Cependant, les systèmes ombrés ont poussé de manière plus régulière et prévisible, avec des densités cellulaires et des biomasses similaires entre réplicats. En revanche, certaines cultures découvertes ont connu des difficultés ou des comportements imprévisibles. Les ombres ont aussi retenu la poussière en suspension, servant de barrière qui peut améliorer la propreté du produit final. Comme la couche de fibres peut être décollée de son support, les composants peuvent être traités en fin de vie via des filières de recyclage ou de compostage établies ; les ombres en PLA se sont biodégradées facilement lors d'essais de compostage industriel, tandis que le PMMA est demeuré intact, ce qui le rend mieux adapté quand une longue durée de service est souhaitée.

Ce que cela signifie pour les fermes d'algues du futur

Ce travail montre que de minces ombres membranaires inspirées de la nature peuvent réduire drastiquement la perte d'eau des bassins d'algues tout en maintenant suffisamment de lumière et d'air pour une croissance productive. Bien qu'elles réduisent légèrement la biomasse maximale, elles offrent des économies d'eau, une croissance plus stable, une planification de récolte facilitée et une protection accrue contre la poussière et les ultraviolets. Extensibles sur de longues longueurs et fabriquées à partir de matériaux recyclables ou biodégradables, ces ombres en nanofibres pourraient aider à développer la culture d'algues à grande échelle dans les régions chaudes et sèches — soutenant des carburants plus propres, de nouvelles sources d'alimentation et d'alimentation animale, et une industrie plus respectueuse du climat sans facture d'eau excessive.

Citation: G. Oldal, D., Bokhari, A., Abdurrokhman, I. et al. Nature-inspired sustainable membrane shades for mitigating water evaporation in algal cultivation. npj Mater. Sustain. 4, 19 (2026). https://doi.org/10.1038/s44296-026-00103-0

Mots-clés: culture de microalgues, contrôle de l'évaporation de l'eau, membranes nanofibres, biocarburants durables, agriculture en climat aride