La Géométrie Origami Pourrait Rendre L'Aquaculture d'Algues en Pleine Mer Extensible Pour la Séquestration du Carbone

KNOXVILLE, TN, 13 octobre 2026 /24-7PressRelease/ -- Un système d'aquaculture modulaire inspiré de l'origami pourrait contribuer à déplacer la culture d'algues vers le large, où les courants forts et les nutriments rares limitent l'échelle. Le Seaweed Origami-inspired Aquaculture System (Seaweed OAS) utilise une structure coque-noyau pour ralentir le flux local, fournir des surfaces d'attachement et stocker des nutriments à libération lente. Dans les simulations, une unité soumise à des courants de 2,0 m s⁻¹ a produit un volume de croissance approprié 17 fois plus grand qu'une référence sphérique. Des réseaux optimisés de six unités ont augmenté le volume approprié par unité de 2,1 fois. Des essais en laboratoire, en lac et en pleine mer ont confirmé la stabilité, et une cartographie mondiale a identifié 10 335 millions d'hectares d'eaux appropriées. La conception offre une voie évolutive pour la séquestration du carbone par les algues.

L'aquaculture d'algues est une solution climatique fondée sur la nature. Les macroalgues contribuent à environ 1,5 pétagrammes de carbone (PgC) à la production primaire nette annuelle mondiale, et les sédiments des fermes peuvent enfouir environ 1,87 ± 0,73 tonnes d'équivalent dioxyde de carbone (CO₂e) par hectare et par an—environ le double du taux des zones non cultivées adjacentes. Pourtant, l'expansion en pleine mer est limitée par les courants forts qui empêchent une fixation stable et détruisent les conditions de faible vitesse nécessaires à la croissance. Les nutriments tels que l'azote, le phosphore et le fer dissous sont trop dilués pour une culture à grande échelle. Les plateformes existantes dépendent soit d'infrastructures offshore rares, soit ne peuvent pas réguler le flux local. Compte tenu de ces défis, des recherches approfondies sont nécessaires pour développer des structures évolutives et à faible coût qui régulent le flux, fournissent des nutriments et soutiennent l'attachement.

Des chercheurs de l'Université de Zhejiang, avec des collaborateurs de l'Université de Guizhou et du Centre d'innovation de Ningbo, ont publié (DOI : 10.1016/j.ese.2026.100769) l'étude en ligne le 28 septembre 2026 dans Environmental Science and Ecotechnology. L'équipe a conçu le Seaweed Origami-inspired Aquaculture System (Seaweed OAS), assemblé à partir de 12 unités pentagonales variantes en une coque ressemblant à un dodécaèdre. Chaque module combine une coque inspirée de l'origami, un espace nutritif interne, une boule de flottabilité centrale et des sièges de connexion. À l'aide de la dynamique des fluides computationnelle (CFD), de tests en laboratoire et en lac, et d'un essai en pleine mer dans la région de la fosse des Philippines, les chercheurs ont évalué la régulation du flux, la stabilité et le potentiel de déploiement mondial.

La géométrie est la percée. Inspirés par le motif traditionnel chinois huiwen (grecque), les chercheurs ont plié des panneaux plats en une unité pentagonale variante à 25 faces. Douze unités s'assemblent en une coque ressemblant à un dodécaèdre. Le rapport d'échelle sans dimension φ = a/R, où a est le rayon du cercle auxiliaire et R le rayon du cercle de base, contrôle le pliage. Les simulations ont testé des valeurs de φ de 0,28 à 0,56 ; la conception optimale d'une unité unique était φ = 0,36. À un débit entrant de 2,0 m s⁻¹, elle a produit 2 607,7 cm³ de volume de croissance approprié, et le meilleur résultat pour une unité unique a atteint 2 791,6 cm³—17 fois une référence sphérique. La croissance appropriée a été définie comme une vitesse dans le sens de l'écoulement ≤0,5 m s⁻¹. Dans une disposition Hexagon 2 à six unités avec un espacement de 0,35 m, le volume approprié total a atteint 33 210,3 cm³ à 2,0 m s⁻¹, soit 5 535,1 cm³ par unité, 2,1 fois une unité isolée. Les modules ont été imprimés en 3D avec de l'acide polylactique (PLA) et des supports en poly(alcool vinylique) (PVA) hydrosoluble. Les tests de compression ont donné une charge de pointe minimale de 11 693 N contre une traînée de pointe prévue de 39,9 N, un facteur de sécurité de 293. Lors d'essais en lac et dans la fosse des Philippines, le système est resté à flot et stable, y compris lors d'impacts de vagues. La cartographie mondiale a estimé 10 335 millions d'hectares—28,5 % de l'océan mondial—comme potentiellement appropriés.

Les auteurs ont déclaré que la conception transforme une ancienne idée de pliage en un outil marin pratique. « En remodelant l'écoulement autour de chaque module, le système crée des micro-habitats calmes où les algues peuvent s'attacher et croître, tandis que le même module stocke des nutriments à libération lente », ont-ils déclaré. Ils ont ajouté que les interactions coopératives de sillage peuvent amplifier les performances : le réseau hexagonal optimisé permet aux unités en amont de protéger les unités en aval, augmentant le volume de croissance approprié par unité. Cependant, ils ont averti que les résultats de culture à long terme, le stockage du carbone en haute mer et les effets écologiques de la dégradation des matériaux restent non vérifiés et nécessitent des études sur le terrain.

Si elles sont validées sur des déploiements plus longs, les Seaweed OAS pourraient soutenir la culture d'algues en pleine mer pour l'alimentation, les aliments pour animaux, les biomatériaux et la séquestration du carbone. Sa conception modulaire coque-noyau pourrait être déployée sans infrastructure offshore existante, et des modules de connexion à dégradation contrôlable pourraient éventuellement permettre au système de se désintégrer afin que la biomasse riche en carbone coule vers les profondeurs océaniques pour un stockage à long terme. La cartographie mondiale de l'adéquation suggère un vaste potentiel dans les zones marines, bien que les voies de navigation, la couverture glaciaire, la température, les ratios de nutriments, la vitesse d'écoulement et les aires marines protégées (AMP) doivent guider l'implantation. Les auteurs appellent à des essais offshore à long terme pour quantifier la croissance des algues, la durabilité structurelle, l'écotoxicité des matériaux et le devenir et la persistance du carbone séquestré.

Références
DOI
10.1016/j.ese.2026.100769

URL de la source originale
https://doi.org/10.1016/j.ese.2026.100769

Informations de financement
Cette étude a été financée par le Programme national clé de R&D de Chine (2024YFC3714600, 2023YFE0113104), la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (n° 52130501, 52505289), le plan de recherche et développement « Spearhead » de la province du Zhejiang (2024C03245), les projets scientifiques et technologiques de la province du Guizhou (XKBF[2025]015 et BQW[2024]010), la Fondation provinciale des sciences naturelles du Zhejiang/projet de continuation pour les jeunes scientifiques distingués (LRG26D060001), et les fonds de recherche fondamentale pour les universités centrales (226-2025-00209).

À propos de Environmental Science and Ecotechnology
Environmental Science and Ecotechnology (ISSN 2666-4984) est une revue internationale, évaluée par des pairs et en libre accès publiée par Elsevier. La revue publie des points de vue et des recherches importants dans tout le spectre de l'écologie et des sciences de l'environnement, tels que le changement climatique, la durabilité, la conservation de la biodiversité, l'environnement et la santé, la catalyse/transformation verte pour le contrôle de la pollution, et l'ingénierie environnementale assistée par l'IA. Le dernier facteur d'impact d'ESE est de 14,3, selon le Journal Citation ReportsTM 2024.

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