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Les microalgues source d’énergie durable

Olivier Vallon,
Université Pierre-et-Marie-Curie

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Zoom sur une cellule d’Isochrysis, avec ses deux flagelles. © Ifremer

Brûler des biocarburants, c’est-à-dire de l’huile ou de l’alcool d’origine végétale, ne fait que restituer à l’atmosphère le CO2 prélevé par la photosynthèse sans contribuer à l’effet de serre. C’est donc une alternative prometteuse aux carburants fossiles.

Cependant, les biocarburants produits à partir de céréales ou de plantes comme le soja, le jatropha ou la canne à sucre ont montré leurs limites : ils monopolisent des terres fertiles et entrent en compétition avec les cultures destinées à l’alimentation humaine et animale. En revanche, les algues unicellulaires pourraient être une source d’énergie durable, c’est-à-dire ne compromettant pas les ressources des générations présentes et futures. L’avenir est peut-être dans de simples sacs en plastique transparents, comme ceux montrés sur la photo ci-dessous, qui contiennent des cultures d’Isochrysis (ici en gros plan) et de Nannochloropsis.

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Unité de production © Stefano Zino, Archimede Ricerche
Unité de production de biomasse algaire située à Imperia (Italie). Des milliers d’algues unicellulaires du genre Isochrysis sont cultivées à l’intérieur des sacs en plastique.

Certains scientifiques explorent la biodiversité des microalgues pour trouver le genre le plus prometteur (Isochrysis, Nannochloropsis, Chlorella, Dunaliella…) ; d’autres cherchent à améliorer rationnellement des modèles de laboratoire comme Chlamydomonas. Les avantages des microalgues ? Elles produisent des lipides, qui une fois extraits des cellules, peuvent être transformés en biodiesel. Elles sont cultivées « hors-sol » et ont un rendement photosynthétique meilleur que celui des plantes. Un rendement de 4 %, facilement atteint dans un photobioréacteur optimisé, permettrait en théorie de produire, sur 380 000 km2 (soit 70 % de la superficie de la France), tout le biodiesel nécessaire… à l’humanité. Il faudrait 300 fois plus de surface avec du soja.

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Cellules d’Isochrysis. © Federico Wrubl, Archimede Ricerche

Cependant, la production à grande échelle se heurte à de nombreux problèmes biologiques et techniques. En particulier, les algues accumulent des lipides surtout en conditions de carence en azote, ce qui nécessite des cycles croissance-carence difficiles à mettre en œuvre industriellement. La compagnie pétrolière Exxon Mobil pense pouvoir commercialiser des biocarburants dans 25 ans, pas avant ! Outre ces problèmes, il faut optimiser le rapport entre l’énergie récupérée et l’énergie utilisée, par exemple pour le pompage, la récolte des algues, l’extraction des lipides, la fabrication des matériaux. Actuellement, ce rapport est encore au-dessous de 1. Comme on le voit, le défi est autant pour les ingénieurs que pour les biologistes.


Regard du prof

Les algues microscopiques (non visibles à l’œil nu), comme tous les végétaux, synthétisent leur propre matière organique à l’aide de l’énergie lumineuse et du CO2 dissous dans l’eau, grâce à la photosynthèse. De même, ces algues consomment des ions minéraux. Cependant, certaines algues microscopiques accumulent le carbone du CO2 sous forme de lipides, plus précisément des huiles, à l’intérieur de la cellule.

Ces huiles peuvent être récupérées et transformées en biodiesel par un procédé industriel simple. L’extraction se passe dans des grands bassins à ciel ouvert ou dans des sacs en plastique transparent gigantesques, qui offrent l’avantage de ne pas entrer en concurrence avec les cultures traditionnelles dans les champs, comme par exemple le colza, qui servent à l’alimentation humaine ou animale.

La recherche essaie actuellement d’optimiser le rendement de ces algues en sélectionnant les meilleures souches, et en trouvant les conditions optimales de culture (ensoleillement, température, concentration en minéraux...).

Mais pour l’instant, la rentabilité est trop faible. En effet, pour fabriquer du biodiesel, il faut construire des bassins ou produire des sacs plastique, fournir des éléments minéraux aux algues, extraire l’huile par différents procédés, ce qui est finalement plus coûteux en énergie que d’extraire du pétrole ou du charbon.

Le premier défi de cette filière est par conséquent d’arriver à produire du biocarburant en consommant moins d’énergie (fossile ou solaire). En effet, la filière sera rentable lorsque l’énergie consommée pour produire le biocarburant sera moins élevée que celle libérée en roulant !

Ludovic Veau,
Professeur de sciences de la vie et de la Terre