Modélisation et contrôle des microalgues pour l’amélioration des performances des souches
Les microalgues sont des micro-organismes photosynthétiques dont le potentiel a été mis en évidence au cours de la dernière décennie, notamment pour la production d’aliments pour animaux, de denrées alimentaires et d’énergies renouvelables. Lorsqu’elles sont cultivées dans des photobioréacteurs, elles peuvent atteindre un rendement photosynthétique réel supérieur à celui des plantes terrestres, et donc une plus grande productivitié vis-à-vis de la biomasse. Cependant, l’optimisation de cette ressource vivante n’est pas simple en raison de la forte atténuation de la lumière dans la culture qui conduit à une photolimitation dans la couche la plus profonde, tandis que les cellules de la couche supérieure sont endommagées par un excès de lumière.
Nous utilisons un modèle simple basé sur les ODE pour montrer que le taux de croissance moyen est déterminé par l’intensité de la lumière incidente et la profondeur optique. Dans le cas de photobioréacteurs cylindriques verticaux éclairés par le haut, nous déterminons, sous des hypothèses générales, comment le taux de croissance moyen est affecté par la lumière et la densité optique. Il existe un effet Allee lorsque la lumière limite ou inhibe le taux de croissance dans les cultures extérieures, ce qui conduit à une bi-stabilité. Nous proposons une stratégie de contrôle originale pour stabiliser l’un des équilibres instables et générer un stress de photoinhibition à long terme. Dans ces conditions, l’étude de souches N-compétentes montre que les souches les moins sujettes à la photoinhibition remportent la compétition. Ces résultats sont appliqués en laboratoire et une pression de sélection darwinienne est maintenue pendant 6 mois, conduisant à l’émergence de souches plus transparentes, et finalement à un doublement de la productivité.
