Les microalgues sont une source prometteuse de biodiesel, du moins si les coûts de production peuvent être réduits de manière significative. En attendant, toutes sortes d'autres applications lucratives sont conçues. Des crèmes et margarines anti-rides aux aliments pour poissons et à l'élimination des déchets.
Les microalgues sont une source prometteuse de biodiesel, du moins si les coûts de production peuvent être réduits de manière significative. En attendant, toutes sortes d'autres applications lucratives sont conçues. Des crèmes et margarines anti-rides aux aliments pour poissons et à l'élimination des déchets.
Sous des lumières fluorescentes vives est suspendue une rangée d'une douzaine de panneaux en plastique de couleurs différentes. La palette de couleurs des poches à eau très fines varie du vert au rouge. En effet, différents types d'algues ont été utilisés et l'âge de culture diffère. « Ici, nous examinons l'effet sur la croissance des algues et la production de substances utiles en fonction de la quantité de CO2 et de sels nutritifs tels que l'azote et le phosphore qui sont ajoutés. Le régime alimentaire détermine en grande partie la production des ingrédients », explique Mark Michiels de Proviron, une petite entreprise chimique près d'Anvers. Cette entreprise, qui fabrique entre autres du liquide de frein, a lancé en 2006 des recherches sur les microalgues. « Nous fabriquons du biodiesel à partir de colza depuis un certain temps, mais les algues semblaient être une alternative prometteuse. Nous travaillons toujours sur les algues, mais plus dans le but de les transformer en carburant. C'est encore beaucoup trop cher et loin d'être rentable.'
Pour l'instant, Proviron cible le marché de l'aquaculture. Des huiles et protéines spécifiques de l'algue Nannochloropsis peuvent remplacer l'huile et la farine de poisson dans les aliments pour poissons. « Les jeunes larves en particulier bénéficient des acides gras oméga-3, dont les algues sont si riches. Il y a une réduction de 30 à 40 % de la mortalité. Ajouter des algues dans une phase de culture ultérieure est fou pour le moment. Le poisson serait alors payé beaucoup trop cher. Nous espérons pouvoir changer cela, bien sûr », déclare Michiels.
Le coût élevé de la culture des algues est principalement dû aux coûts d'installation. « Il est certain que les systèmes de conduites fermées en plastique dur transparent sont très coûteux », déclare Michiels. « Supposons que vous souhaitiez construire 1 hectare, soit 10 000 mètres carrés. Chaque mètre c'est une heure de travail à 50 euros. Alors vous êtes déjà à un demi-million d'euros, rien que pour la construction. Et je ne parle même pas des coûts des matériaux." Michiels et ses collègues ont donc conçu eux-mêmes une alternative moins chère :un réacteur plat entouré d'un réservoir d'eau amortir. Les plaques parallèles sont constituées d'un film plastique mince, constitué d'une seule pièce. Il peut être déployé comme ceci. Un réacteur a 35 plaques et mesure sept mètres de long. Les panneaux, qui ne sont fixés qu'en bas, sont maintenus debout par un tampon d'eau environnant. « Pas de structure de renforcement coûteuse, comme avec des tuyaux ou des plaques verticaux. L'eau garantit également que la température ne devienne pas trop élevée en plein soleil, ce qui entraînerait la mort des algues. La température de croissance idéale se situe entre 20 et 25 degrés Celsius. Les systèmes de tuyauterie fermés doivent être refroidis avec des gicleurs en plein été. Ce n'est pas nécessaire pour nous."
Hooge Maey
Un premier projet pilote, avec cinq réacteurs, vient d'être achevé. Cet été, le système passera à 120 réacteurs. L'essai sur le terrain est situé sur le site De Hooge Maey, une ancienne décharge au nord de la ville d'Anvers. «La chaleur résiduelle peut en être extraite pendant les mois d'hiver. C'est nécessaire, car à moins de 15 degrés, la croissance des algues s'arrête. La décomposition crée du gaz méthane dans la décharge, qui est brûlé dans des moteurs diesel convertis pour produire de l'électricité. Ce processus libère du CO2, des NOx et de la chaleur. Un avantage supplémentaire, qui n'a pas encore été prouvé, est que l'oxyde d'azote dans le gaz de décomposition empêche les algues de coller aux parois des panneaux au fil du temps.'
Le rendement de l'année dernière était exclusivement destiné à la recherche. La production commerciale débutera cette année. La moitié de cette production va aux pisciculteurs, l'autre moitié a déjà été confiée à une grande compagnie pétrolière (« Laquelle, je ne peux pas dire ») qui veut étudier le diesel d'algues. Proviron (photo) est actuellement le seul producteur d'algues en Belgique.
Saucisson aux algues
Aux Pays-Bas également, il n'y a qu'une poignée d'entreprises qui cultivent des algues à petite échelle. Ils se concentrent principalement sur des marchés de niche. Par exemple, Ingrepro cultive des algues dans deux étangs ouverts à Borculo, en Gueldre, couvrant un total de 4 000 mètres carrés. De grandes lames maintiennent le débit et la récolte quotidienne est entièrement automatique. Après avoir égoutté la soupe d'algues, elle est épaissie et séchée en feuilles très fines. Les algues séchées, compressées ou non en petits granulés, sont la matière première de base des différents produits à base d'algues que l'entreprise propose. Onder meer lekkere tussendoortjes voor honden en paarden, rijk aan vitaminen en mineralen en omegavetzuren.
Kweekbedrijf LGem in het Brabantse Made produceert zeer hoogwaardige algenproducten in drie gesloten kweeksystemen van flexibele buizen in een kas, in totaal 1.000 vierkante marraine. Si la densité d'algues est suffisamment élevée, les employés vident la soupe d'algues vert foncé. Une centrifugeuse essore les algues hors de l'eau, laissant une épaisse pâte verte. Il est vendu sous forme de concentré vivant ou de poudre lyophilisée. Le principal client est l'industrie des compléments alimentaires, notamment vers l'Amérique du Nord. LGem s'intéresse depuis peu à la pisciculture.
Diverses expérimentations sont lancées pour de nouvelles applications des algues. Par exemple, il y a une pépinière de graines de moules à Texel pour protéger le fond de la mer des Wadden du raclage vide pour les graines de moules. Pour la culture des moules sur terre, les algues cultivées sont utilisées comme nourriture.
La Fondation Zeeuwse Tong étudie la possibilité d'une pisciculture en circuit fermé :les eaux usées de la culture de la sole servent de source de nourriture pour le culture de diatomées. Ces algues servent à leur tour de nourriture aux coquillages. Les premiers résultats sont prometteurs. Et à Oosterbeek, il y a une petite entreprise qui essaie de cultiver des algues sur les flux résiduels de l'industrie papetière adjacente et qui veut utiliser les algues sur place comme aliment pour la pisciculture. Les déjections des poissons (omble de fontaine) servent également de nourriture aux algues. Une expérience est en cours à Sterksel, dans laquelle les porcs sont nourris avec des algues qui ont été cultivées au sommet de la grange sur le CO2 sécrété et la chaleur des porcs. Un fabricant de saucisses a montré que les acides gras sains des algues se retrouvent dans le porc. Bientôt sur le marché :le saucisson aux algues.
Il existe une étude comparable en Flandre qui se concentre sur l'enrichissement des œufs avec des acides gras oméga-3 issus d'algues :le projet Flanders Food Omega-Ei. En mélangeant les aliments pour poules pondeuses avec des algues, le corps de l'oiseau absorbe cet acide gras sain, qui finit par se retrouver dans le jaune d'œuf. Les producteurs d'œufs flamands espèrent que cela rendra l'œuf plus attrayant pour les consommateurs. Leuven recherche les algues qui conviennent le mieux à cela. «Sur les quelque 80 000 types d'algues, seules quelques dizaines de milliers ont été décrites par la science. Il reste donc encore beaucoup de travail à faire », déclare René Wijffels, professeur de technologie des bioprocédés à l'université de Wageningen. Globalement, la moitié d'une algue est constituée de lipides (graisses), le reste se partage entre protéines et sucres.
Quatre euros le kilo
La spiruline et la chlorelle sont souvent utilisées pour la culture en étang ouvert. Deux extrêmophiles qui peuvent prendre une raclée. « Il le faut, car très souvent un oiseau survole et laisse tomber quelque chose dans l'eau. Avec un système d'étang ouvert, vous avez moins de contrôle sur les conditions de croissance qu'avec des systèmes fermés.» Sur les 5 000 tonnes d'algues séchées produites dans le monde, 90 % proviennent d'étangs ouverts. La Chine et le Japon sont les principaux fournisseurs. Tout ce que vous pouvez commander sur les algues sur Internet provient de ces pays.
Les principaux acteurs mondiaux pour les systèmes fermés sont Israël et les États-Unis. Les pièces maîtresses sont Nannochloropsis oculata, Haematococcus pluvialis et Isochrysis aff.galbana, toutes trois riches en acides gras oméga-3 et en antioxydants, dont l'astaxanthine, le pigment qui vire au rose saumon. Ces algues se retrouvent principalement dans les magasins d'aliments naturels. Dunaliella salina est utilisée pour la production de caroténoïdes (antioxydants) pour l'industrie cosmétique (crème pour le visage qui prévient les rides) et comme complément alimentaire. « Les entreprises qui se concentrent sur ces applications opèrent sur des marchés de niche avec des prix finaux élevés et ne sont donc pas incitées à produire moins cher. Cette motivation est là si vous voulez fabriquer un produit en vrac comme le biodiesel », déclare Wijffels.
Son département s'intéresse principalement à la réduction des coûts de production. « Notre analyse montre qu'il est possible de produire à un coût total de quatre euros par kg d'algues. Cela peut même descendre à quarante centimes après des améliorations technologiques et avec une production à grande échelle, avec une unité de 100 hectares, qui n'est pas située dans des serres, mais à l'extérieur où la lumière du soleil peut être mieux utilisée. Lorsque l'énergie requise dans les systèmes fermés pour pomper l'eau passera de 4 watts par m2 à 1 watt par m2, le diesel d'algues sera compétitif par rapport aux autres carburants », déclare Wijffels.
Productivité selon l'expert en algues, ça peut encore monter considérablement. On ne peut pas faire grand-chose sur le rendement des étangs ouverts, les densités qui y sont atteintes (quelques dixièmes de gramme par litre) sont assez proches de la situation naturelle en pleine mer. D'autre part, il pense qu'avec des systèmes fermés, qui sont beaucoup plus faciles à gérer que les étangs, jusqu'à 5 grammes d'algues par litre peuvent être obtenus, tandis que les coûts peuvent être réduits de 90 %. "Cela peut être réalisé en assurant la production la plus élevée possible sur la plus petite surface possible."
Ouvert ou fermé ?
Comment cela est possible a été étudié depuis le milieu de l'année dernière à l'AlgaePARC à Wageningen. Il existe quatre systèmes de culture différents sur le site. L'avantage des bassins ouverts ou des raceways dans lesquels le mélange a lieu avec des roues à aubes est le coût d'investissement relativement faible. L'inconvénient est que ce système ouvert est sujet aux infections, ce qui limite le choix aux espèces robustes à croissance rapide. Les étangs ne sont pas très efficaces pour convertir la lumière du soleil en énergie (lire :biomasse), car au plus seulement un et demi pour cent de la lumière du soleil peut être utilisé.
Ce pourcentage est théoriquement de dix pour cent avec des systèmes fermés, dont trois sont établis. Les réacteurs tubulaires horizontaux sont plus productifs au mètre carré qu'un bassin ouvert. De plus, il est facile de passer à l'échelle en connectant quelques tubes supplémentaires ensemble. Les inconvénients sont la forte intensité lumineuse qui tombe sur le tube ainsi que les énormes coûts énergétiques pour pomper l'eau, qui représentent la moitié des coûts de production. La circulation est nécessaire pour éviter une accumulation d'oxygène :trop d'oxygène est toxique pour les algues. Avec les réacteurs tubulaires installés verticalement, qui forment ensemble des panneaux, le problème d'une intensité lumineuse trop élevée est moins problématique, car ils sont dans l'ombre l'un de l'autre. De plus, la productivité est supérieure à celle du réacteur tubulaire à couche unique. Enfin, il y a le réacteur à plaques planes. Ce système nécessite moins d'eau, ce qui signifie que moins d'énergie est dépensée pour les pompes de circulation. Les assiettes plates sont les plus productives. Des densités de 30 grammes par litre peuvent être atteintes. L'inconvénient ici est qu'il faut beaucoup d'électricité pour maintenir les algues en solution. De plus, un supplément de CO2 est nécessaire et la mise à l'échelle est plus difficile. Wijffels :« Nous recherchons une combinaison optimale des systèmes. La variante du réacteur à plaques plates développée par Proviron est déjà assez proche.'
Pas seulement les graisses
Wijffels ne voit des opportunités pour le biodiesel que si davantage de produits sont obtenus à partir des algues. Pour la faisabilité économique du diesel d'algues, il faut augmenter la teneur en matières grasses des algues, par exemple en recherchant des espèces qui contiennent plus de lipides. Mais les lipides seuls ne rendent pas la culture des algues rentable, dit Wijffels. "Vous devrez également extraire d'autres produits en craquant les algues comme de l'huile."
"Les fractions protéiques solubles dans l'eau et donc adaptées à l'industrie alimentaire sont particulièrement attractives. Vous seriez fou d'aller juste pour la fraction lipidique. C'est précisément la combinaison des applications et la synergie entre elles qui rend la culture des algues durable et rentable.» Le groupe de Wageningen ne se concentre donc pas uniquement sur l'augmentation de la productivité. Un doctorant de Wageningen essaie de «former» les algues pour fournir les bons acides gras oméga-3 pour la transformation en margarines, qui sont maintenant extraites de l'huile de palme et nuisent à l'environnement. Un autre chercheur cherche un moyen de faire grossir les algues :un régime de famine qui fait grossir. Et un troisième chercheur veut savoir quels pigments sont fabriqués par quelles algues.
Les algues contiennent une variété de composants utiles. 15 000 nouveaux composés chimiques dans les algues ont été découverts ces dernières années. En plus des acides gras, ce sont les carotènes (pigments du jaune au rouge) et d'autres colorants, antioxydants, protéines et amidon. Tous ces composants peuvent être utilisés comme matières premières par l'industrie chimique et alimentaire.
A Louvain, la recherche se concentre principalement sur l'alimentation. L'université participe à une grande étude européenne sur l'application de l'huile d'algues dans les produits alimentaires. Les acides gras oméga-3 ont un effet préventif contre les maladies cardiovasculaires et le cancer. Ils jouent également un rôle important dans le développement cérébral des fœtus et des jeunes enfants. La principale source est l'huile de poisson. Mais il y a des objections à cela, comme l'odeur et le goût typiques, une possible contamination par des métaux lourds et la pression de la pêche sur l'environnement. C'est pourquoi des alternatives ont été recherchées, telles que des préparations à base de krill et de moules à lèvres vertes. La recherche compare la biodisponibilité des acides gras oméga des différentes sources avec celle des algues », explique Annick Verween de la plate-forme flamande des algues. Elle appelle ça bizarre d'obtenir les acides gras sains du poisson. «Parce que les poissons ont obtenu ces acides gras en mangeant eux-mêmes des algues. Vous pouvez donc sauter une étape et consommer immédiatement des algues vous-même. Alors ces poissons ne doivent pas mourir. Et le produit des algues est également beaucoup plus pur que celui de l'huile de poisson.'
Médecine
À Gand, entre autres, des recherches sont menées sur l'utilisation des algues dans le traitement des eaux usées. « Les algues peuvent se développer sur l'azote et le phosphore présents en abondance dans les eaux usées. En conséquence, vous avez non seulement de l'eau propre, mais vous pouvez répandre les algues cultivées sur le terrain comme engrais. Une autre application agricole est l'épandage d'algues comme agent fongicide sur les terrains de golf.'
Le plus difficile est de fabriquer des produits pharmaceutiques à partir d'algues. "Cette application est toujours la plus éloignée", sait Verween. "Certaines algues sont dites antivirales, anti-inflammatoires ou anti-tumorales. Mais la recherche des substances bioactives responsables dans les algues revient à chercher une aiguille dans une botte de foin. C'est beaucoup plus facile avec les plantes, car vous savez, par exemple, qu'une certaine tribu en Afrique utilise la plante contre certains maux. Ensuite, vous pouvez rechercher spécifiquement, mais pas avec des algues.'
Ce processus de recherche peut être raccourci en modifiant le matériel génétique des algues. Ce n'est pas (encore) autorisé en Europe. Cela arrive souvent aux États-Unis. Là, ils optent pour la manipulation génétique des algues pour fabriquer des protéines thérapeutiques. Par exemple, en plaçant le gène d'une hormone de croissance humaine dans une algue. Des médicaments contre le cancer et un vaccin contre le paludisme sont désormais en phase clinique.
