Dans un petit laboratoire situé sur les rives du Neckar, en Allemagne, le chimiste et lauréat du prix Nobel Richard Kuhn a isolé, en 1938, un pigment rouge foncé issu de la carapace du homard. Il l’a baptisé « astaxanthine¹ », sans pouvoir imaginer jusqu’où cette découverte allait le mener. Des décennies plus tard, des chercheurs ont découvert que cette même molécule était produite naturellement par une algue microscopique d'eau douce, à des concentrations qui la classent parmi les antioxydants les plus puissants jamais identifiés dans la nature.
Sa capacité à neutraliser l’oxygène singulet est environ 6 000 fois supérieure à celle de la vitamine C². Aucune autre substance naturelle ne s’en approche. Ce lien avec l’algueHaematococcus pluvialis( ) a été établi en 1975, lorsque des chercheurs ont découvert qu’elle accumulait de l’astaxanthine à des concentrations bien supérieures à celles de toute autre source naturelle connue³.
Ce qui n’était au départ qu’une curiosité chimique est devenu l’un desantioxydants d’ s les plus étudiésdans les industries nutraceutique et cosmétique aujourd’hui, apprécié pour ses bienfaits réels et tangibles : une peau d’apparence plus saine, des articulations plus souples et une meilleure défense quotidienne contre le stress oxydatif. La demande a suivi les avancées scientifiques. L’astaxanthine naturelle, issue des microalgues, constitue le segment du marché des antioxydants qui connaît la croissance la plus rapide, avec une demande qui devrait atteindre 448 millions de dollars d’ici 2030, à un rythme d’environ 12,6 % par an⁴.
Transformer cette découverte en un approvisionnement fiable à l’échelle mondiale a nécessité quatre générations distinctes d’ingénierie des bioréacteurs, mises au point par un petit nombre d’entreprises pionnières travaillant indépendamment, sur différents continents, pendant trois décennies. C’est grâce à leur travail qu’un antioxydant autrefois connu uniquement d’une poignée de chimistes touche aujourd’hui des millions de personnes.
Cet article retrace cette histoire technique dans l’ordre chronologique : les entreprises à l’origine de cette avancée, les problèmes que chacune a résolus, et la manière dont la science a évolué, passant d’un simple bassin à ciel ouvert à Hawaï à un système continu à panneaux plats en Belgique.
Alors que Kuhn travaillait sur les homards en Allemagne, un autre axe de recherche s’était déjà développé autour de l’un des poissons les plus consommés au monde.
En 1933, cinq ans avant que Kuhn ne nomme l’astaxanthine, le biochimiste suédois Hans von Euler et ses collègues isolèrent un pigment rouge du muscle du saumon et le baptisèrent « acide de saumon⁵ ». À l’époque, personne ne fit le lien avec le pigment du homard que Kuhn allait identifier cinq ans plus tard. Ces deux axes de recherche, l’un centré sur la carapace d’un crustacé, l’autre sur un poisson déjà présent sur les tables du monde entier, ont évolué en parallèle pendant quatre décennies.
Le lien ne fut confirmé qu’en 1973, lorsque des chercheurs utilisèrent la spectrométrie de masse et l’analyse par résonance magnétique nucléaire pour démontrer que l’acide de saumon et l’astaxanthine étaient, en réalité, une seule et même molécule⁵. Le pigment que Kuhn avait isolé de la carapace d’un homard était le même que celui qui donnait au saumon sa couleur rose-orange caractéristique.
Cette confirmation revêtait une importance particulière pour une raison simple : l’astaxanthine faisait partie de l’alimentation humaine depuis aussi longtemps que l’on consommait du saumon, mais la plupart des gens ne lui avaient tout simplement jamais donné de nom. Le saumon sauvage accumule ce pigment exclusivement par le biais de son alimentation, à partir du krill, des crevettes et d’autres petits crustacés qui s’étaient eux-mêmes nourris d’algues riches en astaxanthine ou d’organismes situés plus bas dans la même chaîne alimentaire, dont le point de départ estl’ e H. pluvialis. Le saumon rouge présente l’une des concentrations d’astaxanthine les plus élevées parmi toutes les espèces de saumon ; celle-ci est concentrée à la fois dans ses muscles et dans ses œufs⁵.
Lorsque les chercheurs ont commencé à chercher des moyens de produire de l’astaxanthine de manière ciblée, cette molécule faisait déjà partie intégrante de l’alimentation quotidienne de quiconque avait déjà mangé un morceau de saumon. Ce qui a changé, à commencer par les bassins à ciel ouvert de Cyanotech à Hawaï, c’est la capacité à la cultiver de manière ciblée, à la concentrer et à l’intégrer directement dans un complément alimentaire ou un produit de soin pour la peau, plutôt que de compter sur la chaîne alimentaire pour l’apporter en quantités infimes.
La réponse est apparue en 1975, lorsque des chercheurs ont confirmé quela levure H. pluvialis accumulait de l’astaxanthine à des concentrations bien supérieures à celles observées dans les carapaces de homard, les muscles de saumon ou toute autre source naturelle³. Contrairement à ces animaux, qui se contentent d’accumuler l’astaxanthine qu’ils consomment, la bactérie H. pluvialis ( ) fabrique elle-même cette molécule, sous l’effet d’un stress environnemental. Cette distinction était importante : elle signifiait que le pigment pouvait, en principe, être produit de manière ciblée, plutôt que récolté là où la nature le concentrait par hasard.
Cette possibilité soulevait une question technique spécifique à laquelle il faudrait des décennies pour répondre : comment cultiver de manière suffisamment fiable une algue microscopique, qui ne produit son composé le plus précieux que sous l’effet d’un stress provoqué, afin de répondre à la demande mondiale croissante pour cet antioxydant ? Entre les années 1980 et la fin des années 1990, plusieurs groupes de recherche indépendants se sont attelés à y répondre, chacun visant le même problème technique fondamental : fournir suffisamment de lumière à un nombre suffisant de cellules, de manière propre et constante, à l’échelle industrielle. Pour en savoir plus sur la molécule elle-même, consultez notreprésentation « » consacrée aux origines de l’astaxanthine.
Avant d’aborder l’histoire de l’entreprise, il est utile de comprendre précisément ce que chaque producteur tente de mettre au point.
H. pluvialis est présente à l'état naturel dans de petits plans d'eau douce temporaires : flaques de pluie, bains d'oiseaux, étangs peu profonds. Sous sa forme végétative verte, elle se développe et se multiplie à l'aide de la lumière, de l'eau et du dioxyde de carbone, à l'instar de n'importe quelle autre microalgue.
Dans des conditions de stress (forte intensité lumineuse, carence en nutriments, hausse de la température), l’algue modifie son métabolisme. La croissance s’arrête. La cellule forme une paroi épaissie, se transforme en cellule de repos appelée « aplanospore » et accumule de l’astaxanthine, un caroténoïde secondaire à effet protecteur⁶.
Les producteurs parlent d’un processus de culture en deux étapes : une « phase verte » pour la croissance de la biomasse, suivie d’une « phase rouge », au cours de laquelle un stress est délibérément induit pour déclencher l’accumulation d’astaxanthine. Ce même mécanisme biologique explique pourquoi l’astaxanthine est présente dans la nature : le saumon, le krill et les flamants roses tirent leur couleur de la consommationd’ , d’H. pluvialis ou d’organismes situés plus haut dans la chaîne alimentaire, un sujet abordé dans notre listed’aliments naturellement riches en astaxanthine.
Chaque génération de bioréacteurs décrite ci-dessous constitue, en réalité, une réponse technique différente à une même question : comment déclencher et gérer cette phase rouge, simultanément sur des milliards de cellules, à un coût supportable pour le marché ? C’est cette question commune qui relie Hawaï, la Suède, l’Autriche, Israël, l’Islande et la Belgique.
L’histoire commence sur la côte de Kona, sur la Grande Île d’Hawaï. C’est là que Gerry Cysewski a fondé Cyanotech Corporation en 1983, au sein du Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority, un site choisi pour son accès à des eaux marines profondes, froides et riches en nutriments. Le premier produit commercial de l’entreprise fut la spiruline⁷.
En 1988, Cyanotech avait déjà agrandi plusieurs fois ses bassins de culture, et la spiruline était commercialisée sur les marchés de l’agriculture, de l’alimentation animale et des compléments alimentaires. L’entreprise a ensuite appliqué ce même modèle de bassins à ciel ouvert à une deuxième microalgue :l’ e H. pluvialis, et à son pigment, l’astaxanthine.
En 1996, Cyanotech a réalisé une introduction en bourse, levant 10,6 millions de dollars pour financer le développement complet de ses systèmes de productiond’ s à base de spiruline etd’ H. pluvialis⁷. La même année, ses actions ont été transférées du Nasdaq SmallCap Market vers le Nasdaq National Market.
La production commerciale d’astaxanthine a débuté en 1997. Cyanotech cultivait cette algue dans des bassins peu profonds de type « raceway », alimentés par des roues à aubes et exposés directement au soleil hawaïen, utilisant ce même rayonnement solaire pour déclencher la phase rouge. En 2002, l’entreprise a porté le nombre de ses bassins d’astaxanthine de 15 à 25, augmentant ainsi sa production d’environ 60 %⁷.
La conception était volontairement simple : des bassins en couloirs, des roues à aubes, la lumière du soleil et une eau riche en minéraux, sans les coûts d’investissement liés à un système entièrement clos. C’est cette simplicité qui a permis, tout d’abord, de lancer la production commerciale d’astaxanthine naturelle.
En 1999, Cyanotech a lancé la marque BioAstin. La même année, BioAstin a fait l’objet d’un examen par la Food and Drug Administration (FDA) américaine qui n’a soulevé aucune objection, devenant ainsi le premier ingrédient à base d’astaxanthine naturelle officiellement autorisé sur le marché américain des compléments alimentaires⁸. L’entreprise avait déjà créé en 1990 Nutrex Hawaii, sa filiale destinée aux consommateurs, afin de commercialiser directement les produits finis.
Cyanotech a continué à s’appuyer sur ces bases. En novembre 2015, elle a mis en service une usine d’extraction au dioxyde de carbone supercritique sur site, ce qui lui a permis de cultiver, de récolter et d’extraire l’astaxanthine sur un seul et même site⁷. Alors que BioAstin était distribué dans plus de 60 pays, l’entreprise a également contribué à financer les premières recherches sur le rôle de l’astaxanthine dansl’ , la santé de la peau, le confort articulaire et la récupération après l’effort, travaux sur lesquels l’ensemble du secteur s’est depuis appuyé. Plus de quatre décennies plus tard, Cyanotech poursuit ses activités depuis le même site côtier de Kona.
Alors que Cyanotech agrandissait ses bassins hawaïens, un groupe de recherche de l’université d’Uppsala en Suède, l’une des plus anciennes universités de recherche des pays nordiques, étudiait la culturede l’ e H. pluvialis à l’échelle du laboratoire⁹.
Ces recherches ont donné naissance à une petite start-up biotechnologique. La transposition d’un procédé de laboratoire à l’échelle commerciale s’est avérée difficile, et les financements initiaux étaient limités. Avec le soutien d’investisseurs industriels suédois, l’équipe a mis au point une méthode de culture en bioréacteur et a achevé en 1994 la première installation au monde entièrement fermée et en cuves intérieures dédiée à la production d’astaxanthine, à Gustavsberg, en Suède, un site choisi en partie pour son accès à de l’eau de refroidissement⁹.
Le fait de confiner la culture en intérieur a permis de surmonter une contrainte que les bassins à ciel ouvert ne pouvaient pas résoudre : le contrôle total de la température, de la lumière et de la contamination, indépendamment de la saison ou des conditions météorologiques. En 1995, l’équipe a lancé Astaxin, le premier complément alimentaire destiné à l’homme formulé à partir d’astaxanthine naturelle, et a commencé à fournir cet ingrédient à des clients à l’international⁹.
La société japonaise Fuji Chemical Industries, une entreprise pharmaceutique fondée en 1946, a racheté l’activité suédoise en 2003. Sous l’égide de Fuji, elle est devenue AstaReal, avec des filiales établies aux États-Unis, à Singapour, en Inde, en Chine et au Japon⁹. AstaReal a augmenté sa capacité de production à Gustavsberg en 2006 et, en 2010, est devenue le premier producteur d’astaxanthine à obtenir le statut GRAS reconnu par la FDA aux États-Unis, confirmant ainsi officiellement la sécurité de son ingrédient pour une utilisation alimentaire⁹.
Entre 2014 et 2016, Fuji Chemical Industries a construit un deuxième site de production à Moses Lake, dans l’État de Washington, doublant ainsi la capacité de production d’astaxanthine du groupe et permettant à AstaReal de disposer de sites de production sur deux continents. L’usine de Moses Lake fonctionne à 100 % à l’énergie hydroélectrique renouvelable¹⁰.
AstaReal a également mené des recherches cliniques approfondies sur les effets de l’astaxanthine sur la santé¹⁰.
Un deuxième système de culture en intérieur a vu le jour une dizaine d’années plus tard, en Autriche. BDI-BioLife Science, une filiale de BDI-BioEnergy International, a commencé à mener des expériences de culture d’algues en 2008, en explorant dans un premier temps la biomasse comme matière première pour la production d’énergie renouvelable. En 2012, l’entreprise a réorienté ces recherches spécifiquement versl’ e H. pluvialis, en développant un procédé de culture en circuit fermé, indépendant des variations saisonnières¹¹.
En 2016, BDI-BioLife Science a achevé la construction d’une usine de production spécialement conçue à cet effet à Hartberg, dans le Land autrichien de Styrie, et a lancé la production d’astaxanthine à l’échelle industrielle à l’aide de systèmes de culture en cuves en intérieur développés en interne¹¹. Ses ingrédients sont commercialisés sous les marques ASTAFIT® et ASTACOS®, principalement sur les marchés des cosmétiques et des nutraceutiques.
Ensemble, AstaReal et BDI-BioLife Science sont parvenues au même principe de conception en milieu fermé à partir de points de départ différents : l’une issue d’un laboratoire de recherche universitaire, l’autre issue du secteur des technologies énergétiques. Toutes deux ont abouti à une culture en milieu fermé entièrement confinée comme moyen d’assurer un contrôle environnemental indépendant de la saison ou des conditions météorologiques.
La prochaine avancée a eu lieu dans le désert d’Arava, au sud d’Israël, au kibboutz Ketura, une communauté fondée pour développer une économie durable dans l’un des environnements les plus hostiles de la région.
En 1998, des membres du kibboutz ont fondé Algatechnologies, plus connue sous le nom d’Algatech, en s’appuyant sur les recherches en culture menées en partenariat avec le Laboratoire de biotechnologie des microalgues de l’université Ben-Gurion¹². Plutôt que de devoir choisir entre l’exposition à la lumière solaire en plein air et un contrôle total en milieu fermé, les fondateurs ont considéré le rayonnement solaire intense et constant du désert comme une ressource qu’un système fermé pouvait exploiter directement.
Algatech a construit des photobioréacteurs tubulaires fermés : des réseaux de tubes en verre transparent, s’étendant à terme sur des centaines de kilomètres à travers un site de production dédié, surveillés par un système de contrôle central. Les algues circulent en continu dans les tubes, passant par la phase verte avant d’être transférées dans des conditions de stress qui déclenchent la phase rouge¹².
Cette conception permettait à la lumière du soleil de l’Arava d’atteindre directement la culture, tout en la maintenant entièrement confinée, évitant ainsi la perte d’eau et l’exposition à l’air libre inhérentes à la culture en bassin. Elle combinait l’efficacité énergétique de la lumière naturelle avec le contrôle de la contamination d’un système fermé, constituant ainsi une véritable voie médiane entre la génération 1 et la génération 2.
L’astaxanthine d’Algatech, commercialisée sous la marque AstaPure, est devenue l’un des ingrédients naturels à base d’astaxanthine les plus largement distribués au monde. En 2013, le groupe d’investissement britannique Grovepoint a pris le contrôle de l’entreprise et a financé une expansion de 20 millions de dollars, permettant ainsi de plus que doubler la capacité de production¹³. La même année, Algatech a conclu un partenariat de recherche avec le fabricant de verre allemand Schott, afin de tester des tubes en verre Duran à paroi mince qui ont permis d’améliorer de manière mesurable l’efficacité de la culture sur l’ensemble du réseau de tubes¹⁴.
Une deuxième approche tubulaire s’est développée en parallèle, sur la péninsule de Reykjanes en Islande. Fondée en 2012, la société Algalíf a démarré ses activités commerciales en 2013 en mettant en place son propre système de photobioréacteurs tubulaires éclairés par un système LED exclusif plutôt que par la lumière directe du soleil¹⁵. Alors que les tubes d’Algatech fonctionnent en plein air sous le soleil d’Arava, ceux d’Algalíf fonctionnent en intérieur, alimentés par l’électricité géothermique abondante de l’Islande et refroidis par l’eau naturellement pure du pays.
Algalíf a structuré son processus de culture en trois étapes bien définies : une phase verte dédiée à la croissance, suivie de phases brune et rouge au cours desquelles un stress est induit pour favoriser l’accumulation d’astaxanthine¹⁵. L’entreprise a agrandi son site de Reykjanesbær pour atteindre environ 12 500 mètres carrés grâce à un investissement de 30 millions de dollars achevé en 2023, et son ingrédient Astalíf™ a par la suite obtenu le statut de « nouvel aliment » dans l’UE, élargissant ainsi son utilisation dans les compléments alimentaires¹⁶.
Ensemble, Algatech et Algalíf démontrent que la conception des photobioréacteurs tubulaires s’est elle-même diversifiée selon deux voies : l’une tirant directement parti de l’ensoleillement du désert, l’autre d’un éclairage LED artificiel alimenté entièrement par le réseau géothermique islandais. La troisième génération, sous ses deux formes, a démontré qu’un système entièrement fermé n’avait pas à renoncer à l’accès à une énergie naturelle abondante et peu coûteuse, qu’elle soit exploitée sous forme de lumière solaire elle-même ou d’énergie renouvelable alimentant l’éclairage.
Chaque génération précédente poursuivait le même objectif fondamental : fournir de la lumière à chaque cellule, de manière uniforme, à tout moment. Les bassins permettaient de répartir la culture en couche mince à ciel ouvert, au prix d’une exposition à la contamination. Les cuves et les tubes ont permis de confiner le système, mais leur géométrie laissait encore certaines cellules plus proches de la source lumineuse que d’autres, ce qui entraînait la présence de cellules à différents stades de maturité au sein d’un même lot.
axabio®, une entreprise belge de biotechnologie basée à Hemiksem, près d’Anvers, s’est donné pour mission de combler cette lacune. Issue de la société chimique belge bien établie Proviron en 2024, axabio® s’est appuyée sur plus d’une décennie de recherche interne en ingénierie, protégée par une technologie brevetée, pour développer un système de photobioréacteur à panneau plat¹⁷.
Le système utilise de minces panneaux verticaux, d’une profondeur de quelques centimètres chacun, éclairés par des LED des deux côtés. Ce court trajet optique permet à presque toutes les cellules de la culture de bénéficier d’une exposition à la lumière comparable, au lieu de laisser les cellules situées au centre d’une cuve ou d’un tube large dans une ombre relative¹⁷.
Sa caractéristique principale est son fonctionnement en cascade en continu. Plutôt que de cultiver un lot, de l’interrompre, de le transférer et de recommencer, la culture végétative verte s’écoule en continu des panneaux de croissance précoce vers les panneaux en aval, où des conditions de stress déclenchent la phase rouge. Le processus ne comporte aucune interruption de lot, aucune étape de dilution ni aucune perte liée au transfert¹⁷.
axabio® collabore avec un petit groupe de partenaires pour soutenir ce processus : l’université de Gand et l’université d’Anvers pour la recherche en cours, la société allemande Nateco2 pour l’extraction au CO₂ supercritique, et Kunnig, une entreprise sociale belge, pour le traitement en aval. Le site de production fonctionne grâce à une énergie renouvelable certifiée.
En 2026, axabio® est devenu le premier producteur d’astaxanthine naturelle à obtenir la certification« B Corporation » , avec un score d’impact B de 108,5, et une reconnaissance particulièrement forte dans la catégorie Environnement. Ce résultat découle directement du profil de ressources intégré au système de cascade à panneaux plats lui-même. Le chemin optique court permet de réduire la quantité de biomasse et d’eau nécessaire pour atteindre une saturation lumineuse totale dans l’ensemble de la culture, tandis que la cascade continue élimine les étapes de dilution et de transfert sur lesquelles d’autres systèmes s’appuient pour gérer la densité cellulaire. Conjointement, ces choix de conception réduisent la consommation d’énergie et d’eau par kilogramme d’astaxanthine produite, tout en favorisant la pureté supérieure que ce système fermé et uniformément éclairé est conçu pour offrir. En d’autres termes, une pureté plus élevée et une consommation de ressources réduite sont deux conséquences d’un même choix de conception, et non un compromis entre les deux.
La génération 4 constitue le dernier chapitre d’une histoire que Cyanotech, AstaReal, BDI-BioLife Science, Algatech et Algalíf ont été les premiers à écrire au fil de plusieurs décennies. Leurs bassins à ciel ouvert, leurs cuves intérieures et leurs tubes en verre ont chacun apporté une réponse différente au problème de l’apport lumineux, et le système à panneaux plats d’axabio® s’appuie sur les fondations qu’ils ont posées.
Placées côte à côte, ces quatre générations tracent une ligne d’évolution technique claire : chacune réduit la distance entre la source lumineuse et la cellule moyenne, et chacune sacrifie un peu de simplicité au profit d’un meilleur contrôle du processus.
Dans les bassins ouverts, les cellules doivent se partager toute la lumière solaire du bassin, avec un contrôle limité sur la répartition homogène de celle-ci entre chacune d’entre elles. Les cuves intérieures confinent le système et ajoutent un éclairage artificiel, mais un grand récipient cylindrique crée tout de même des zones plus proches et d’autres plus éloignées de la source lumineuse. Les réacteurs tubulaires réduisent cette distance en faisant circuler la culture dans des tubes en verre relativement fins. Les panneaux plats la réduisent encore davantage, jusqu’à quelques centimètres de profondeur éclairés des deux côtés.
Cette évolution est documentée dans la littérature plus large sur la phycologie, notamment dans les premiers travaux sur les géométries de réacteurs plats et inclinés pour la culture de microalgues en plein air¹⁸, ainsi que dans des décennies de comparaisons ultérieures entre les conceptions de bassins, de cuves, de tubes et de panneaux. Il convient de ne pas y voir une méthode imparfaite et une autre parfaite, mais plutôt un domaine qui progresse, génération après génération, dans sa compréhension de la manière dont la géométrie du réacteur influe sur une culture vivante.
Ces quatre générations sont toutes encore en activité aujourd’hui, à une échelle significative, et approvisionnent un marché en pleine croissance pour l’astaxanthine naturelle, à mesure que ses propriétés antioxydantes sont de plus en plus reconnues. Aucune n’a remplacé la précédente ; elles coexistent, répondant souvent aux besoins de clients différents ayant des priorités différentes.
Les bassins ouverts, les cuves intérieures, les réacteurs tubulaires et les panneaux plats apportent chacun une réponse différente à la même question fondamentale. Chacune a trouvé sa place auprès de formulateurs qui accordent de l’importance à des aspects différents : des décennies d’expérience en matière de réglementation et une capacité de production éprouvée, un contrôle des processus de type pharmaceutique, l’efficacité de la lumière solaire ou de l’énergie géothermique exploitée au sein d’un système fermé, ou encore l’uniformité de l’éclairage d’une cascade entièrement conçue sur mesure.
Il ne s’agit pas ici de raconter comment une technologie en a remplacé une autre. Il s’agit plutôt de retracer l’histoire d’une industrie construite génération après génération, par des entreprises réparties sur trois continents, chacune déterminée à résoudre un problème d’ingénierie complexe afin que davantage de personnes puissent bénéficier de ce qu’une seule microalgue produit lorsqu’elle est soumise à un stress.
Les classifications par génération technologique et les historiques des entreprises sont basés sur les documents publiés par chacune d'entre elles, recoupés avec la couverture de la presse spécialisée indépendante au moment de la rédaction.