Les microalgues : une ressource naturelle inestimable pour des solutions durables

Les microalgues existent depuis plus de 4 milliards d’années. Ces petits organismes aquatiques se retrouvent dans toutes les eaux de la planète et il y en aurait des millions de souches différentes. Seulement 30 000 espèces auraient été étudiées jusqu’à ce jour et qu’une petite poignée de souches sont utilisées dans divers domaines tel que l’alimentation, les cosmétiques et les biocarburants.

Que sont les microalgues?

Il s’agit d’algues microscopiques qui ont un mécanisme de photosynthèse pouvant être 10 à 100 000 fois plus rapide que celui des autres végétaux. Elles vivent et se développent dans des environnements aqueux aux températures variant de 4°C et 38°C. Les microalgues ont deux formes d’alimentation soit par autotrophie (absorption de lumière) ou par hétérotrophie (absorption de matière organique). C’est d’ailleurs pour cette dernière particularité que les microalgues sont une ressource importante qui permettrait la dépollution des eaux usées. On peut donc dire que les microalgues se nourrissent des impuretés que l’on retrouve dans l’eau. Évidemment, on ne parle pas ici de déchets physiques (plastique), mais plus de déchets organiques et minéraux.

Les microalgues par la photosynthèse participent à la réduction de CO2 et par ce processus chimique, elles dégagent aussi de la chaleur réchauffant ainsi l’eau où elles se trouvent. Ces petits organismes vivants sont un peu comme un panneau solaire dont l’énergie du soleil est transformée non pas en électricité, mais en énergie chimique. Certaines souches de microalgues produisent aussi une huile, et cette huile est utilisable comme biocarburant.

Si nous comparons les microalgues aux autres sources végétales permettant de créer des biocarburants tels que le soya, canola ou le tournesol visiblement les microalgues ont un potentiel beaucoup plus grand de production massive. Et puisque c’est principalement le soleil qui est leur source d’énergie, il est possible de produire ces micro-organismes tant dans des structures horizontales que verticales.

 Les microalgues dépassent de loin la capacité de production d’énergie des biocarburants.

Les microalgues dépassent de loin la capacité de production d’énergie des biocarburants. [Figure 1]

Diverses applications

Ce qui m’amène à vous partager les diverses applications possibles pour les microalgues. Chaque type d’algues possèdent des propriétés différentes. Par exemple certaines algues sont plus appropriées pour fournir des protéines au niveau alimentaire. D’autres encore sont plutôt la source de pigments pour usage alimentaire ou cosmétique. Et enfin, certaines algues seront plus adéquates pour la création de lipides pour faire des biocarburants.

Alimentation

Il existe des traces de consommation des microalgues au Mexique du temps des Aztèques. Cela fait donc quelques milliers d’années que les microalgues sont connues et utilisées pour leur propriété nutritionnelle. Si on prend pour exemple la spiruline, elle renferme entre autres un pourcentage élevé de protéines contenant les acides aminés dont notre organisme a besoin. Sans compter, le bêta-carotène, le fer, la vitamine B12, la vitamine E, les minéraux et oligo-éléments (calcium, phosphore, magnésium, zinc, cuivre).

Cependant, il ne faut pas oublier que comme pour plusieurs éléments, il ne suffit pas d’ingérer des microalgues pour profiter de tout ce qu’elles contiennent, il faut d’autres aliments pour permettre l’assimilation, par exemple, des protéines par l’organisme. Il n’en demeure pas moins que c’est une avenue intéressante pour créer des compléments alimentaires autant pour les humains que pour les animaux.

Cosmétiques

Qui n’a pas déjà vu le visage d’une femme recouvert d’une couche verdâtre aux allures vaseuses? Et bien ce sont ces fameux masques hydratants à base d’algues. Les microalgues sont donc utilisées en cosmétique pour les diverses propriétés qu’on leur attribue (régénérante, drainante, apaisante, antiseptique, reminéralisante, hydratante). Sont-elles réellement toutes efficaces? Je ne le sais pas, je n’ai pas fait de recherche exhaustive à ce sujet, puisque ce n’est pas du tout un domaine qui m’attire.

Biocarburant

En revanche, l’univers de la production d’énergie c’est quelque chose qui m’interpelle. D’une part, il m’apparaît primordial d’envisager une alternative plus durable que celle qui existe présentement et qui consiste à consommer des combustibles fossiles causant des problèmes environnementaux majeurs. Les biocarburants semblent être une solution intéressante et les microalgues, comme il a été mentionné plus haut, paraissent être des plus faciles à produire en grande quantité.

Qu’est-ce qu’un photobioréacteur?

Fenêtre photobioréacteur d'un immeuble [Figure 2]

Fenêtre photobioréacteur d’un immeuble [Image 2]

Pour générer un algocarburant ou tout autre produit à base de microalgues il faut avoir des infrastructures permettant la transformation de cette ressource. Mais avant, pour créer un environnement propice au développement d’algues il est essentiel d’avoir un photobioréacteur. Il s’agit simplement d’un système qui permet la production de micro-organismes (bactéries, microalgues) qui sont en suspension dans l’eau et qui doivent être exposés à la lumière puisqu’ils sont photosynthétiques. Sans l’exposition à la lumière on parle davantage de bioréacteur, un système sans éclairage qui permet la multiplication de micro-organismes tels que la levure, les champignons microscopiques et les bactéries.

Il est possible de concevoir un photobioréacteur fait maison avec très peu de moyens tout comme d’en faire un très grand pour fournir suffisamment d’énergie à un immeuble, un quartier ou une ville.

Immeuble à Hambourg en Allemagne munie d'un système de façade avec la technologie de photobioréacteur. [Figure 3]

Immeuble à Hambourg en Allemagne muni d’un système de façade avec la technologie de photobioréacteur. [Image 3]

Exemple de photobioréacteur - Source: iStock

Exemple de photobioréacteur – Source: iStock

Avantages et inconvénients pour le biocarburant

Il y a évidemment des avantages et de inconvénients pour ce qui est de la création de biocarburant à base de microalgues. Du côté des bénéfices, il s’agit d’abord et avant tout d’une ressource renouvelable. Étant donné que les algues absorbent le CO2, on parle également d’un processus sans émission. De plus, lors de la production de l’huile, tous les sous-produits peuvent être utilisés à d’autres applications, c’est donc un produit entièrement consommable. Enfin, il est accessible partout dans le monde et il s’agit d’une source peu coûteuse, pour ne pas dire gratuite.

Par contre, actuellement la production demeure assez dispendieuse et nécessite des infrastructures à grande échelle qui sont encore pratiquement inexistantes ou, disons trop peu nombreuses. Aussi, les scientifiques sont encore en mode expérimentation et des études viendront pour déterminer l’aspect véritablement durable de cette source de carburant. Si la création d’une source d’énergie demande plus d’énergie pour la créer, évidemment elle n’est pas considérable durable même si naturelle.

Cependant, plusieurs scientifiques font des pieds et des mains pour trouver les manières les moins énergivores pour produire ces microalgues. Par exemple, certains privilégient les systèmes de choquage électromagnétique et micro-bullage pour permettre de séparer les algues de l’eau contrairement à l’utilisation des centrifugeuses qui sont des machines qui consomment beaucoup d’énergie.

Enfin, il y a la question d’espace auquel il faut songer. En effet, les photobioréacteurs proprement dits nécessitent un certain espace. Si on parle d’une production à grande échelle, on parle forcément de grande superficie. Même si celles-ci ne sont pas nécessairement à l’horizontale puisque comme mentionné plus haut, il est possible de créer des photobioréacteurs à la verticale. Aussi, ces systèmes peuvent être conçus de nombreuses manières et même être des sculptures dans nos villes telles que présentées dans ce projet (photo Perth Photobioreactors).

Dans la construction des infrastructures, il faut penser au mode de production des microalgues soit en milieu ouvert ou fermé. En milieu ouvert on accroît les risques de contaminations d’éléments extérieurs. Selon le type d’algues et l’usage que l’on en fait, cet élément est donc à considérer. Par exemple au niveau alimentaire, on souhaitera peut-être éviter de contaminer la production d’algues, mais pour la création de biocarburant les possibles pollutions extérieures affecteront moins le résultat final. En milieu fermé, il est donc plus facile de contrôler la production en évitant tout contaminant.

Enfin, on parle de superficie qui semble assez importante, mais en réalité il est étonnant de voir combien une petite surface peut fournir d’énergie.

«[…] pour couvrir les besoins actuels en énergie de la France, il faudrait couvrir à peu près 1% du territoire français. C’est parfaitement réaliste d’autant plus réaliste que cette production de biomasse pour faire de l’énergie ne serait pas la seule, il y a d’autres types d’énergie renouvelable qui peuvent être utilisés pour concourir aux mixtes énergétiques du futur français.»
— Jack Legrand, Directeur GEPEA, Université de Nantes

Quoiqu’il en soit, il est évident que si l’on souhaite que le biocarburant devienne notre source de carburant principal un jour, il faudra améliorer la technologie impliquée dans le processus de fabrication et tenter de diminuer les coûts de fabrication pour concurrencer les combustibles fossiles.

Application à venir plus exceptionnelle, le biobitume

Dans ce reportage de FutureMag concernant les microalgues, on explique qu’à Nantes des scientifiques du CEISAM un laboratoire dur CNRS ont eu l’idée de fabriquer des bitumes à base d’algues. C’est encore un projet en développement, car ils ont bien réussi à produire le biobitume ainsi que des petites plaques de pavage, mais le défi demeure maintenant dans la production en grande quantité pour pouvoir revêtir des routes de bioasphalte.

*****

Pour terminer, je vous invite à écouter le TED de Jonathan Trent: Energy from floatting algaes pods d’une durée de 15 minutes réalisée en 2012. Il explique vraiment bien le fruit de ses recherches et le processus pour produire des microalgues en grande quantité avec le moins d’énergie possible.

Il conclut en partie avec cette phrase pour laquelle je suis entièrement d’accord et que nous devrions garder en tête pour bâtir un futur durable.

«Je pense qu’il n’y a quasiment pas de limite à ce que nous sommes capables d’accomplir, si nous sommes radicalement ouverts et si l’on ne se préoccupe pas de qui en recevra le mérite
— Jonathan Trent

Personnellement, je crois que les villes du futur devront aller vers la production locale de ce qu’elles consomment et la production d’énergie en fait partie.

Liens intéressants:

Immeuble en Allemagne (vidéo)

Euronews science – L’énergie des microalgues (2013)

Essaie de matrîse – Algocarburant

Les algues dans le traitement de l’eau

Attributions des images

[Figure 1]
Crédit: Jonathon Trent
Source: Jonathan Trent – TED : Energy from floating algaes pods
License: CC BY-NC 3.0

[Image 2 et 3]

Crédit: Studio – Arup Deutschland GmbH, Berlin, Allemagne
License: Copyright: Colt, SSC, Arup
Page : Tridonic – Arup Deutschland GmbH pour « SolarLeaf » à Hambourg (Allemagne) – un système de façade avec la technologie de photobioréacteur

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