Des nanomatériaux multifonctionnels peuvent révéler l’immense potentiel des algues microscopiques
La biomasse obtenue à partir de microalgues pourrait jouer un rôle clé en atténuant le réchauffement climatique: les microalgues ont une croissance rapide, ce sont des microorganismes dotés d’une activité photosynthétique qui leur permet, en consommant très peu de nutriments, de transformer la lumière et le dioxyde de carbone en biomolécules riches en énergie. Lorsque les microalgues sont cultivées et récoltées à l’échelle industrielle, elles peuvent être transformées en une gamme étendue de produits à utiliser dans l’alimentation, pour le fourrage, le carburant, les pigments organiques, les applications pharmaceutiques et chimiques. Cette démarche est semblable à celle utilisée pour le raffinage du pétrole brut, qui aboutit à la fabrication d’une gamme de produits à partir d’une seule matière première pour en optimiser la valeur. Malgré le potentiel qu’ils représentent, la production à grande échelle et la viabilité commerciale des produits dérivés des algues restent de nos jours limitées car le coût engendré par leur collecte, leur extraction et leur purification est élevé. Il apparaît donc essentiel de modifier les étapes de transformation de la biomasse obtenue à partir d’algues pour en développer tout leur potentiel.
Associer les opérations de plusieurs unités en un seul processus
Le projet CMHAlgae financé par l’UE a pour objectif de surmonter ces obstacles en «développant des nanomatériaux multifonctionnels qui associent le fonctionnement de plusieurs unités du traitement en aval en une seule technologie», déclare Praveen Ramasamy, le coordinateur du projet. Ces opérations comprennent la collecte, la déshydratation et le fractionnement cellulaire. Collecter et déshydrater la biomasse relève du défi du fait de la petite taille des cellules de microalgues (environ 5 µm) et de la concentration assez faible de la suspension stable et de la biomasse dans le milieu de culture (environ 0,5 g/L). Par ailleurs, l’existence d’une membrane plasmique cellulaire rigide chez les microalgues complique l’étape de fractionnement cellulaire. Au cours de la dernière décennie, les nanomatériaux ont été introduits pour résoudre ces problèmes observés dans le processus de traitement en aval des microalgues. Toutefois, comme l’explique Praveen Ramasamy, «la plupart d’entre eux se concentrent sur l’amélioration du fonctionnement d’une seule unité par rapport à une référence, ce qui conduirait à un processus plus complexe et, dans l’ensemble, plus coûteux.» Dans ce contexte, les nanomatériaux multifonctionnels sont susceptibles d’avoir un réel impact, en réduisant le coût et le poids environnemental d’un traitement en aval des microalgues dans les bioraffineries de microalgues.
De nouveaux nanomatériaux hybrides à base de cellulose
Le projet a incorporé plusieurs découvertes récentes et prometteuses dans le domaine des nanotechnologies afin de produire des nanomatériaux cellulosiques hybrides magnétiques. Ces nanomatériaux peuvent servir à collecter, à réaliser le fractionnement cellulaire en une seule étape à partir des microalgues et à séparer rapidement les cellules extraites du milieu de culture en utilisant un champ magnétique externe. Les chercheurs ont d’abord fonctionnalisé des nanocristaux de cellulose en les traitant avec des ions imidazolium et des ions pyridinium qui combinent les activités de floculation et de fractionnement cellulaire. La floculation est un procédé qui provoque l’aggrégation des particules fines entre elles, tandis que le fractionnement cellulaire entraîne la rupture de la membrane cellulaire pour favoriser la libération de molécules biologiques intracellulaires. Les nanocristaux de cellulose fonctionnalisés sont ensuite liés à des nanoparticules d’oxyde de fer, ce qui permet de séparer rapidement la biomasse du milieu de culture. En définitive, les chercheurs ont démontré l’efficacité de la collecte et du fractionnement cellulaire des nanomatériaux hybrides au sein des deux systèmes modèles de microalgues en milieu d’eau douce et d’eau marine.
Activités de diffusion
Dans la perspective de partager les résultats, le projet a été présenté dans le cadre de plusieurs conférences et rencontres de recherche. Le projet a également été présenté en 2017 à l’Université Leuven Children de Louvain en Belgique. Les deux articles de recherche publiés en ligne peuvent être consultés dans la revue Algal Resarch et aussi dans Algal Resarch. Par ailleurs, un manuscrit est en cours de révision avant publication dans la revue Chemical Engineering Journal.
Mots‑clés
CMHAlgae, microalgues, biomasse, collecte, fractionnement cellulaire, nanomatériaux multifonctionnels, déshydratation, nanomatériaux hybrides, nanocristaux de cellulose
