Evaluer l’opportunité du · 2018-05-23 · La culture de spiruline & microalgues: où en...
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« Evaluer l’opportunité du
développement économique de la
filière des microalgues(positionnement marché, volet réglementaire,
potentiel de développement) »
Restitution de l’étude commanditée
par le Conseil Régional de Bretagne (sept-déc 2017)
Ploufragan, le 17 avril 2018
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Pourquoi une étude sur la filière
microalgues ?
Sollicitation croissante de la Région pour accompagner des projets d’activité
de production, de transformation ou de valorisation des microalgues.Des projets aux dimensionnements très variés (industriel/artisanal – production primaire/R&D)
D’où le souhait de disposer d’une vision globale et chiffrée sur :Les techniques de production et les conditions réglementaires d’installation en culture de
microalgues ;
L’état des lieux du marché mondial, et de son évolution ;
Des éléments de prospective pour le développement de la production en Bretagne ;
Un retour d’expérience sur les stratégies d’accompagnement de filière menée par d’autres pays
ces dernière années.
Pour permettre la définition d’une stratégie coordonnée de développement
de filière des microalgues en Bretagne.
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Contexte et méthodologie de
l’étude
Etude menée par un prestataire, D&Consultants.
Période : septembre à décembre 2017.
Moyens :Analyse bibliographique (env 50 sources).
+ de 30 entretiens auprès de producteurs de microalgues, d’industriels du
secteur, d’organismes de recherches, d’experts et d’institutionnels.
1 atelier de travail à Lorient le 22/11 (env 20 acteurs).
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Sommaire
1. La culture de spiruline & microalgues : où en
sommes-nous ?
2. Les conditions réglementaires pour s’installer en
production de microalgues
3. Le marché des microalgues : état des lieux de
l’offre et de la demande
4. La filière des microalgues en Bretagne : 4 grands
constats et pistes d’actions
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Spiruline & Microalgues : de quoi
s’agit-il ?
Micro-organismes photosynthétiques
Procaryotes Eucaryotes
Cyanobactéries
Algues vertes(ex : chlorelle)
SpirulineArthrospira platensis
Diatomées
CryptomonadesAlgues rouges
Euglenophytes
Microalgues
Source : Fédération des
Spiruliniers de France
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Comment se développent les
microalgues ?
3 grands types de microalgues, selon leur mode de nutrition :
A métabolisme autotrophe :
Appel à la photosynthèse :
Rayons solaires ou lumière artificielle => énergie
+ carbone inorganique (CO2 ou HCO3) => synthèse du carbone organique
A métabolisme hétérotrophe :
Carbone organique (sucres ou petites molécules organiques) => énergie
A métabolisme mixotrophe :
Mobilisent un métabolisme autotrophe ou hétérotrophe selon conditions
environnementales et éléments disponibles
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Quels types de culture pour les
microalgues ?
4 techniques de production de microalgues ayant fait
l’objet d’un déploiement industriel :
La culture autotrophe en bassins (ouverts ou fermés)
Source : Rapport d’étude D&Consultants – Déc 2017
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Les 4 modes de production de
microalgues
La culture autotrophe en bassins (ouverts ou fermés)
Source : Rapport d’étude D&Consultants – Déc 2017
Bassins clos (quelques cm de profondeur),
saturés de matière organique et de soude.
Milieu de culture est brassé et circule en
permanence.
Apports en minéraux réguliers.
Collecte par prélèvement.
Avantages Limites technico-économiques
Investissement initial (CAPEX) peu important
Coûts de production (OPEX) maitrisés
Faible rendement : < 1 g matière sèche /
litre
Choix d’espèces limité
Nécessité de grandes surfaces (contrainte de
localisation)
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Quels types de culture pour les
microalgues ?
4 techniques de production de microalgues ayant fait
l’objet d’un déploiement industriel :
La culture autotrophe en photobioréacteurs (PBR)
Source : Rapport d’étude D&Consultants – Déc 2017
avril 18 DIMER - SPECH11
Les 4 modes de production de
microalgues
Avantages Limites technico-économiques
Meilleur contrôle des conditions opératoires.
Meilleure sélectivité des espèces.
Possibilité de coupler avec des unités
industrielles pour récupérer le CO2 et la
chaleur dégagée par l’usine.
Amélioration mineure du rendement de
production (< 5 g MS / litre).
Risque de formation de radicaux libres
toxiques (inhibition de la photosynthèse) via
les rayonnements UV ou l’accumulation
d’oxygène.
Risque d’emballement de la montée en
température.
Coûts de production très élevés.
Nettoyage délicat en cas de contamination.
Source : Rapport d’étude D&Consultants – Déc 2017
La culture autotrophe en photobioréacteurs (PBR)
= optimisation de la culture en
bassins : le milieu de culture circule
dans des enceintes transparents pour
un + grand échange avec la lumière.
3 types : à plat, tubulaires et à
colonne verticale.
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Quels types de culture pour les
microalgues ?
4 techniques de production de microalgues ayant fait
l’objet d’un déploiement industriel :
La culture hétérotrophe en fermenteurs
Source : Rapport d’étude D&Consultants – Déc 2017
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Les 4 modes de production de
microalgues
Avantages Limites technico-économiques
Productivité augmentée ++ (jusqu’à 100 g MS
/ litre).
Produits obtenus de très grande qualité.
Peu de risques de contamination (milieu
confiné).
Pas de contraintes de localisation.
Investissement initial (CAPEX) important.
Coûts de production (OPEX) élevés (achat de
substrats).
Synthèse de certaines molécules produites en
autotrophie non réalisable.
Utilise un substrat (carbone organique) comme source
énergétique (pas de lumière).
Rupture technologique, émerge dans les 1990’s en Asie,
puis en Amérique du Nord (Market – Solazyme).
Source : Rapport d’étude
D&Consultants – Déc 2017
La culture hétérotrophe en fermenteurs
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Quels types de culture pour les
microalgues ?
4 techniques de production de microalgues ayant fait
l’objet d’un déploiement industriel :
La mixotrophie à dominante hétérotrophe
Source : La Tribune (Pascal Rabiller) – Mini-lignes de
production du laboratoire de Fermentalg
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Les 4 modes de production de
microalgues
Avantages Limites technico-économiques
Productivité très importante (jusqu’à 250 g
MS / litre).
Elargissement à la synthèse de molécules
d’intérêt ne pouvant être produites par
hétérotrophie pure.
Investissement initial (CAPEX) important.
Coûts de production (OPEX) élevés (achat de
substrats).
= Introduire de la lumière (mais en faible quantité)
dans des fermenteurs hétérotrophes.
Photorécepteurs de la cellule activés =>
augmentation de la productivité (substrat organique
+ lumière).
La mixotrophie à dominante hétérotrophe
Source : La Tribune (Pascal Rabiller) – Mini-lignes
de production du laboratoire de Fermentalg
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En synthèse sur la culture de
microalgues
Coûts de culture restent très élevésEntre 5 et 70 $ (4 et 57 €) / kg matière sèche
Bassins = ce qui nécessite le moins de CAPEX et OPEX
Données encore peu précises des coûts à grande échelle (hors bassins).
Rendements différenciés selon les types de culture :
Type de culture Rendement (en gramme
de matière sèche / litre)
Autotrophe (Bassins) 1 g MS / l
Autotrophe (Photobioréacteurs) 5 g MS / l
Hétérotrophe (Fermenteurs) 100 g MS / l
Mixotrophie à dominante hétérotrophe
(Fermenteurs)
250 g MS / l
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Aperçu du parcours d’installation
et chemin réglementaire
Source : Rapport d’étude D&Consultants – Déc 2017
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Le parcours d’installation et
chemin réglementaire1 – Formation et installation
Source : Rapport d’étude D&Consultants – Déc 2017
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Le parcours d’installation et
chemin réglementaire2 – La production certifiée /labellisée
Source : Rapport d’étude D&Consultants – Déc 2017
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Le parcours d’installation et
chemin réglementaire3 – La réglementation applicable selon les
marchés applicatifs
Source : Rapport d’étude D&Consultants – Déc 2017
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Quelle offre de microalgues à
l’échelle mondiale ?
24%
23%
20%
10%
7%
9%
7%
Production mondiale de microalgues
USA Chine UE Inde Japon Asie du Sud-Est Autre
40% de la
production
mondiale
de spiruline
10 000 tonnes / an
60 t / an
50 % = spiruline
20 % = chlorelle
10 % = dunaliella
+ 3,05 % TCAM
(2016-2021)
Source : Rapport d’étude D&Consultants – Déc 2017
Total Asie =
49% de la
production
mondiale
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Quelle valorisation du marché
des microalgues ?
10 000 tonnes
254 millions €
Source : Rapport d’étude D&Consultants – Déc 2017
Prix de vente de la spiruline et de la chlorelle
selon les zones de production (prix/kg)
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Comment valorise-t-on les
microalgues ?
Les voies de valorisation et marchés potentiels des microalgues
Source : Rapport d’étude D&Consultants – Déc 2017
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Une valorisation inversement
proportionnelle au volume vendu
Source : Rapport d’étude D&Consultants – Déc 2017
Focus sur le marché
« Alimentation humaine » (food)
En Europe, seules 4 espèces de microalgues sont autorisées à la
consommation humaine sans transformation :
Spiruline ou Arthrospira platensis (1981)
Consommée sous forme fraiche ou séchée, pour ses propriétés nutritionnelles
(forte teneur en protéines, entre 60 et 70% de la matière sèche) et plus
récemment comme alicament (en raison de son pigment naturel de couleur
bleue, la phycocyanine) ;
Odontella (2002)
Utilisée en complément alimentaire en tant que sources d’acides gras
polyinsaturés ;
Chlorelle (2004)
Riche en amidon, consommée notamment pour ses propriétés tonifiantes et
détoxifiantes ;
Tetraselmis chuii (2014).
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Focus sur le marché « Pharmaceutique
/ Cosmétique / Santé »
Métabolites d’intérêt extraits de microalgues dont la production est
aujourd’hui maitrisée :
Les caroténoïdes utilisés comme antioxydants et comme colorants à usage
alimentaire, pharmaceutique et cosmétique.
Les molécules élaborées par des diatomées, dinoflagellées et cyanobactéries font
l’objet de travaux de recherche car elles présentent des propriétés
anticancéreuses.
D’autres composés aux propriétés antifongiques, antibactériennes, antivirales et
antihistaminiques comptent également parmi les molécules à intérêt
pharmaceutique.
Exemples de produits aujourd’hui commercialisés :Produits de beauté : Soliance France (Givaudan SA), LVMH, Daniel Jouvance…
Produits anti-âge : Soliance, Exsymol SAM, Pentapharm…
Crèmes hydratantes : Soliance, Codif International…
Produits anti-inflammatoires : Soliance
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Focus sur le marché
« Alimentation animale » (feed)
Principalement pour l’aquaculture (microalgues vivantes, non
transformées)
Principale source d’alimentation des mollusques en écloserie
Pour les larves de crustacés, certains alevins et échinodermes
Alternative intéressante à la farine et à l’huile de poisson
Les salmonidés, poissons marins et cyprinidés consomment aujourd’hui plus de 60% des
farines et huiles de poissons produites dans le monde.
Potentiel également sur d’autres filières animales :
Ex : chez la volaille, utilisation de la chlorelle fermentée
+ impacts positifs sur les défenses immunitaires
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Focus sur le marché « Energie /
Environnement »
Taux élevé en lipides => potentiel de certaines microalgues pour la
production de biocarburants de 3ème génération (= indépendants des
produits ou déchets agricoles ou de la conversion d’autres formes de biomasse
résiduelle)
Essentiellement sur le secteur de l’aviationDepuis 2010, les 18 000 avions de la flotte aérienne mondiale ont consommé 250 millions de
tonnes de carburéacteur par an, soit environ 6% de la consommation mondiale de pétrole.
Compte tenu de la croissance du trafic aérien (+4,5% par an) et des progrès technologiques à
venir, la quantité de carburéacteur consommé croit de 1 à 2% par an.
Limites :Coûts de production trop élevés (devraient approcher 0,38 € par litre d’huile quand les
estimations actuelles sont plutôt autour de 2,24 €/L)
Forte quantité de microalgues nécessaires (surfaces requises équivalente à 3 fois la France pour
répondre à la demande mondiale)
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Focus sur le marché « Energie /
Environnement »
Sur le volet « Environnement », projets notamment sur le captage de
CO2 :
Bioréacteurs installés en façade pour réguler thermiquement et énergétiquement
les bâtiments.
+ recycler et purifier les eaux usées pour alimenter la culture et recycler le CO2.
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Exemple de biofaçade à Hambourg
Plus récemment, expérimentation des
puits de carbone qui absorbent le CO2
de l’atmosphère.Ces puits sont camouflés en colonnes d’affichages.
Les microalgues à l’intérieur de l’une seule de ces
colonnes installées au cœur des villes, pourraient
capter une tonne de CO2 par an.
De nombreuses forces en présence, de l’amont à l’aval de la filière
35
Source : Rapport d’étude D&Consultants – Déc 2017
Les 4 constats de la filière
bretonne des microalgues (1/4)
36
TAILLE DE LA FILIERE
ATOUTS
…MAIS
• Un nombre conséquent d’acteurs
sur toute la chaine de valeur,
depuis l’amont jusqu’à l’aval ;
• Un volume de production en
hausse constante• Le producteur breton Ti Ar Menez
(TAM) est le premier producteur
européen de microalgues ;
• Un manque de formations initiales et
continues accessibles à l’échelle de la Région ;
• Un manque de connaissance / maitrise côté
producteurs du montage de dossiers de
financement, publics comme privés ;
• Un manque de référentiel définissant les critères
de qualité de la production, conditionnant l’accès
au marché pour les producteurs et
l’approvisionnement pour les valorisateurs ;
• Une production limitée à quelques dizaines de
tonnes, notamment en raison des investissements
conséquents pour la production de microalgues.
Pistes d’actions pour accompagner
la filière microalgues (1/4)
TAILLE DE LA FILIERE
• Renforcer l’offre de formation pour les porteurs de projets :• Formations scientifiques et techniques, mais aussi sur les aspects financiers ;
• En s’appuyant sur les formations déjà proposées par des acteurs comme la Fédération des
Spiruliniers de France, les chambres d’agricultures ou les établissements scolaires ;
• Mieux communiquer sur les dispositifs d’aides :• Avec un échange continu entre les banques positionnées sur la filière Mer et la Région pour
un accompagnement des acteurs avec des offres « Haut et bas de bilan ».
• Accompagner la mise en place d’un référentiel• Permettant de définir un standard de qualité des microalgues produites en Bretagne.
• Soutenir le réseau local de producteurs :• Ateliers de bonnes pratiques et de retours d’expérience ;
• Journées techniques afin de rendre accessibles et échanger sur les plans d’expérimentation
développés par les instituts techniques ;
• Faciliter l’installation des serristes souhaitant un complément d’activité et de revenus avec
la production de microalgues (visites de sites, journées portes ouvertes avec retours d’expérience).
Les 4 constats de la filière
bretonne des microalgues (2/4)
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ORGANISATION DE LA FILIERE
ATOUTS
…MAIS
• Un socle scientifique solide, avec des acteurs
académiques de renom sur le territoire breton ;
• Une complexité à identifier les
acteurs et personnes appropriésau sein des différentes structures
d’accompagnement ;• Des acteurs valorisateurs de poids sur les
segments à forte valeur ajoutée, avec des marques
reconnues :
• Cosmétiques (Daniel Jouvance, Soliance, Agrimer,
Phytomer, etc.)
• Alimentation humaine (Hénaff, Guyader
Gastronomie, etc.)
• Alimentation animale (Le Gouessant, Olmix, etc.)
• Une filière marquée par la présence de
nombreux producteurs … mais un réseau
atomisé ;
• Un manque de communication à
destination des acteurs du marché et
des consommateurs finaux ;
• Des acteurs encore « frileux » à
s’engager sur la filière, se
matérialisant par des investissements
limités (humains, matériels, etc.).
Pistes d’actions pour accompagner
la filière microalgues (2/4)
• Renforcer la communication autour de la filière :• Mise à disposition d’une cartographie interactive des acteurs en présence, projets R&D en
cours de structuration, etc ?
• Pour le grand public : élaborer un plan de communication et de sensibilisation sur
les atouts de ces ressources et la diversité des espèces (volet acceptabilité sociale) ;
• Donner plus de visibilité sur les points d’entrée des structures d’accompagnement
pour la mise en œuvre des projets (production, R&D…).
ORGANISATION DE LA FILIERE
Les 4 constats de la filière
bretonne des microalgues (3/4)
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ELEMENTS DE STRATEGIE
ATOUTS
…MAIS
• De nombreuses structures à
disposition des acteurs scientifiques et
économiques de la Région, offrant une
large palette de services : transfert de
technologies, accompagnement à la
structuration et au montage de projets,
etc (CBB Capbiotek, PMBA, CEVA…).
• Des acteurs bridés par un manque de
synergie public-privé (notamment un
faible transfert industriel) et privé-privé(peu de projets compétitifs)
• Des acteurs volontaires, à la
recherche de nouveaux relais de
croissance et de compétitivité ;
• Un déficit de vision commune entre
les acteurs de la filière ;
• Un manque de vision des acteurs de
la filière sur les projets publics –
privés en cours sur le territoire, voire
également des compétences et champs
d’intervention de chacun ;
Pistes d’actions pour accompagner
la filière microalgues (3/4)
• (mieux) Organiser l’interconnexion des acteurs au niveau régional :• Mettre en place des relations avec les initiatives régionales existantes (France microalgues,
Fédération des Spiruliniers de France)
• Stimuler les rencontres entre les acteurs de la filière en relation avec les actions des
acteurs déjà présents sur le territoire (entreprises / laboratoire / centres techniques /
institutions) : colloques, journées thématiques, etc.
• (plus) Dynamiser les projets collaboratifs, en favorisant la participation à des
clusters et des réseaux nationaux ou européens.
ELEMENTS DE STRATEGIE
Les 4 constats de la filière
bretonne des microalgues (4/4)
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DEPLOIEMENT DE LA FILIERE
ATOUTS
…MAIS
• Un intérêt des microalgues au niveau
sociétal au regard de l’adéquation des
activités de la filière avec les attentes
des consommateurs (recherche de systèmes
de production respectueux de l’environnement,
de produits plus naturels et plus sains, etc.)
• Une stratégie « market push »
(stimulation de l’offre) montrant ses
limites en raison :• Des coûts de production, et donc des
prix, élevés ;
• Des cibles marchés encore mal
identifiées, en particulier dans le
secteur de l’alimentation humaine ;
• De verrous R&D restant à lever sur la
transformation, avec des produits finis
présentant des problématiques
d’acceptabilité par les consommateurs
(goût, texture, couleur, etc.)
• De nombreuses forces et atouts forts du
territoire breton : un climat tempéré,
des compétences dans le végétal, etc.
Pistes d’actions pour accompagner
la filière microalgues (4/4)
• Favoriser l’émergence d’initiatives sur des segments à forte valeur ajoutée, en
promouvant trois marchés :
• Le cosmétique, avec des consommateurs en attente de produits naturels
• L’agroalimentaire, avec des consommateurs en attente de produits sains
• L’agriculture, avec un contexte de démédication.
• Mettre en avant les moyens R&D présents sur le territoire à disposition des
acteurs (Centre d'Etude et de Valorisation des Algues (CEVA), les centres techniques
bretons, etc.)
DEPLOIEMENT DE LA FILIERE
Merci pour votre attention !
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Elaine LE LAN, Chargée du développement des activités halieutiques
Direction de la Mer, du Développement Maritime et du Littoral
Région Bretagne
[email protected] – 02 90 09 17 42