CarbonWorks a développé un photobioréacteur entièrement contrôlé pour répondre aux normes de production les plus exigeantes. Conçu pour les cultures axéniques, c’est-à-dire sans contaminants, il peut être entièrement stérilisé afin d’établir et de maintenir ces conditions durant tout le cycle de production. Cette maîtrise le rend compatible avec les exigences des bonnes pratiques de fabrication (BPF) et ouvre la voie à la production de qualité pharmaceutique.
Le système permet la croissance mixotrophe des souches compatibles, en associant métabolismes photosynthétique et hétérotrophe pour gagner en productivité et en souplesse. Chaque souche bénéficie d’un spectre lumineux adapté, combinant des longueurs d’onde choisies pour favoriser la croissance de la biomasse ou la production de métabolites particuliers. Les procédés amont et aval sont standardisés à l’échelle industrielle afin d’assurer reproductibilité et efficacité. Le confinement est maintenu pendant toute la production pour préserver le produit et l’environnement.
Grâce à son partenariat avec Fermentalg, CarbonWorks mobilise une expertise approfondie de l’amélioration des souches pour développer des biosolutions répondant aux exigences industrielles. Une plateforme de criblage et de sélection à haut débit permet de faire évoluer des microorganismes adaptés à leur milieu naturel vers des souches industrielles robustes, optimisées pour la productivité, le rendement et la résistance aux contraintes du procédé.
Pour les applications pharmaceutiques, la technologie permet aussi de cultiver des microorganismes photosynthétiques génétiquement modifiés qui produisent des molécules actives ou des protéines recombinantes. Leur compartimentation intracellulaire constitue un avantage : elle permet notamment de diriger vers certains organites la synthèse de molécules potentiellement toxiques pour la cellule, par transformation plastidiale, ou de réaliser certaines modifications post-traductionnelles (glycosylation) impossibles chez les bactéries et les levures.
La croissance des microalgues repose surtout sur la photosynthèse, qui transforme le CO₂, l’eau et l’énergie lumineuse en biomasse. Toutes les longueurs d’onde visibles n’y contribuent pas de la même manière : les microalgues absorbent de préférence la lumière rouge et bleue, mieux utilisée par leurs pigments photosynthétiques. Un spectre inadapté consomme donc de l’énergie sans la transmettre efficacement aux cellules et peut réduire les performances du métabolisme.
Dans la plupart des photobioréacteurs conventionnels, les sources lumineuses se trouvent à la périphérie, par exemple autour de tubes en verre pour les photobioréacteurs tubulaires. Seulement une fraction de la lumière traverse la paroi des tubes puis une culture dense où elle s’atténue avant d’atteindre les cellules éloignées. CarbonWorks a adopté une architecture fondamentalement différente en immergeant des modules lumineux directement dans le milieu, ce qui réduit fortement le trajet optique, limite les pertes par réflexion et répartit plus uniformément les photons.
Une agitation contrôlée expose régulièrement chaque cellule à la lumière et favorise les échanges avec le CO₂ dissous, les deux substrats essentiels de la photosynthèse. L’agitation n’est pas uniquement un moyen d’homogénéisation mais aussi un levier de productivité, conçu pour limiter les contraintes de cisaillement.
Au-delà de la conception des modules lumineux, CarbonWorks a développé une réelle expertise sur la définition de l’illumination optimale à chaque souche, en intensité, en composition spectrale et en cinétique d’exposition. Cette expertise prend forme dans des modules d’éclairage industriels exclusifs, conçus pour fournir les paramètres requis à l’échelle de production tout en respectant les contraintes économiques liées au coût de revient industriel.
L’association d’un éclairage immergé, d’une agitation contrôlée et d’une photobiologie de précision constitue la photosynthèse de précision à l’échelle industrielle. Elle réunit optique, ingénierie des procédés et biotechnologie avec un objectif concret : pour une même quantité de biomasse, diviser par deux les investissements et la consommation d’électricité par rapport aux technologies existantes.
Les microalgues, organismes unicellulaires issus de plus d’un milliard d’années d’évolution, possèdent des capacités de croissance, de production de biomasse et donc de capture du CO₂ supérieures à celles des plantes terrestres. Dans des conditions favorables, les plus rapides se divisent toutes les 2 à 7 heures* ; pour les souches couramment produites, la division survient environ toutes les 24 heures.
Elles se sont aussi adaptées à leur environnement en produisant des pigments caroténoïdes protecteurs contre l’excès de lumière, des polymères glucidiques favorisant l’adhésion ou la protection cellulaire et des protéines résistantes aux températures des milieux volcaniques. Certaines se déplacent grâce à un flagelle ou construisent une paroi protectrice, notamment de silice chez les diatomées ou de calcaire chez les coccolithophores.
Grâce à ces stratégies, les microalgues produisent par exemple, 7 à 31 fois plus de lipides que les plantes cultivées dans des conditions classiques.
* Yu J., Liberton M., Cliften P. et al., « Synechococcus elongatus UTEX 2973, a fast growing cyanobacterial chassis for biosynthesis using light and CO₂ », Scientific Reports, 2015, 5, 8132.
Les microalgues sont les microorganismes à l’origine de la photosynthèse.
La CCU consiste à extraire le carbone dont nous avons tous besoin à partir du CO₂ plutôt que du sous-sol et ses ressources fossiles. La CCU évite ainsi les émissions habituellement associées à la fabrication de produits industriels.
