Les chercheurs de l’Université Northeastern s’attaquent à un défi majeur dans la production d’énergie propre en utilisant l’intelligence artificielle. Ce problème persistant concerne les cellules d’algues qui, bien qu’elles se ressemblent à première vue, affichent des comportements différents. Si leur projet se révèle fructueux, cela pourrait transformer les algues en une source de biocarburant plus fiable, tout en réduisant les déchets et en abaissant les coûts pour les entreprises désireuses d’adopter des méthodes de fabrication plus écologiques.
Contexte de la recherche
D’après les informations relayées par Northeastern Global News, Miguel Fuentes-Cabrera, professeur au Khoury College of Computer Sciences, et son équipe travaillent sur un système permettant de suivre le comportement des algues à l’échelle cellulaire. Leur objectif est d’identifier les cellules peu performantes afin d’empêcher qu’elles n’entravent la production dans de grands réacteurs de biomanufacturing.
Un des principaux atouts des algues réside dans leur capacité à produire naturellement des lipides, également connus sous le nom d’huiles, qui peuvent être transformés en carburant. Ces micro-organismes bénéficient de la photosynthèse, utilisant la lumière du soleil et le dioxyde de carbone pour croître. Les chercheurs ont découvert que des conditions de stress, telles qu’un apport limité en azote, peuvent les inciter à produire encore plus d’huiles.
Fuentes-Cabrera souligne qu’on a tendance à penser que toutes les cellules se comportent de manière uniforme, mais ce n’est pas le cas. Cette variabilité complique la gestion de la production à l’échelle industrielle, où les algues qui se montrent efficaces dans des flacons de laboratoire peuvent se révéler beaucoup moins prévisibles dans des cuves contenant des centaines, voire des milliers de gallons d’eau.
Problèmes rencontrés
Des baisses, même mineures, de la productivité peuvent entraîner une hausse des coûts, ralentir le progrès et rendre concurrentiels les carburants plus propres par rapport aux sources d’énergie conventionnelles. De plus, les méthodes de surveillance standards mesurent surtout les conditions des cuves (température, acidité, oxygène) et ne tiennent pas compte des processus se déroulant à l’intérieur des cellules, ce qui peut faire passer inaperçues les différences de performance au début.
Pour mieux comprendre ce phénomène, l’équipe utilise une plateforme nommée ARTiMiS (Autonomous Real-Time Microbial Scope). Cette technologie permet de prendre des photos des cellules de manière continue. Par le biais de l’IA, les chercheurs analysent les caractéristiques des cellules, comme leur taille, leur forme et leur texture, pour créer des profils mathématiques qui leur permettent de comparer des milliers de cellules et d’identifier celles qui sortent de l’ordinaire.
Cette approche pourrait également avoir des applications au-delà des algues, notamment dans des processus de biomanufacturation utilisant des éléments naturels pour créer d’autres matériaux.
Étapes à venir
Dans les prochains mois, les chercheurs prévoient de tester leur hypothèse en provoquant l’accumulation de lipides dans différentes espèces d’algues, tout en continuant à photographier les cellules pour voir si l’IA réussit à identifier des différences significatives.
Une fois qu’ils auront saisi comment des facteurs comme la lumière, la température et les nutriments influencent le comportement cellulaire — des éléments que Fuentes-Cabrera compare à des réglages que les scientifiques peuvent ajuster — l’équipe mettra en parallèle les résultats des cuves utilisant ARTiMiS et l’IA avec celles se basant uniquement sur des pratiques de surveillance traditionnelles.
Ce projet a déjà attiré l’attention du programme Genesis Mission du Département de l’Énergie, qui vise à faire avancer la découverte scientifique grâce à l’IA.
Paul Hill, fondateur de Berkeley BioProcess, a précisé que grâce aux avancées réalisées dans la science de la biomanufacturation, il est désormais possible de produire une variété encore plus grande de matériaux, permettant ainsi de développer de nouveaux produits potentiellement meilleurs à partir de ces composants naturels.
Utilisation de l’IA dans la recherche
Ce projet de recherche sur les algues s’inscrit dans une initiative plus large visant à intégrer l’IA dans des systèmes énergétiques et environnementaux complexes à suivre en temps réel. D’autres applications similaires sont en cours, comme l’équilibrage des réseaux d’énergie renouvelables, la réduction de la consommation de carburant des navires et la lutte contre la pollution.
- Au MIT, par exemple, des ingénieurs travaillent à l’optimisation des réseaux d’énergie renouvelable pour éviter des aléas.
- En mer, des start-ups utilisent l’IA pour analyser les courants océaniques et diminuer la consommation de carburant.
- Des développeurs testent des robots de nettoyage des océans propulsés par l’IA pour éliminer le plastique avant qu’il ne se propage.
Ces projets mettent en lumière l’importance de détecter tôt les anomalies dans des systèmes d’une grande complexité. Que ce soit pour les réacteurs d’algues ou pour les réseaux énergétiques, l’IA capable d’identifier les inefficacités cachées pourrait faciliter l’accélération de l’industrialisation tout en minimisant le gaspillage.
FAQ
Quels types d’algues sont utilisés dans cette recherche ?
Les chercheurs travaillent avec plusieurs espèces d’algues reconnues pour leur capacité à produire des lipides, mais des études futures pourraient explorer d’autres variétés.
Quelles sont les implications économiques de cette recherche ?
Le succès de ce projet pourrait rendre les biocarburants à base d’algues plus compétitifs face aux combustibles fossiles, ce qui pourrait stimuler la transition vers des sources d’énergie plus durables.
Comment cette technologie pourrait-elle être mise en œuvre dans d’autres domaines ?
Outre la biomanufacturation, les techniques d’analyse par IA pourraient être appliquées à d’autres secteurs industriels nécessitant un suivi précis des performances, comme l’agriculture ou la biotechnologie.
Quels défis rencontrent les chercheurs dans cette recherche ?
L’un des principaux défis réside dans la gestion des variations de performance des cellules d’algues, qui ne se manifestent pas toujours sous des conditions contrôlées de laboratoire.
Existe-t-il des collaborations internationales concernant cette recherche ?
Bien que le projet soit centré sur l’Université Northeastern, il est probable que des collaborations avec d’autres institutions et des entreprises privées existent pour partager des ressources et des connaissances.
