TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

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Les microalgues possèdent-elles les atouts pour être le biocarburant du futur ?

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Sommaire

Problématique

Les microalgues : carburants de demain ?

Avant-propos................................................................................................................p.3

Qu’est ce qu’un carburant ?1- Les carburants fossiles ?2- Les biocarburants (deux générations) ?

I/ Présentation Production et Rendements des microalgues...................................p.6

1- Présentation des microalgues2- Production des microalgues3- Rendements des microalgues : à la recherche de la combinaison optimale

(expériences)

II/ Fabrication du biodiesel : des tubes à essai aux pompes à essence ...............p.21

a) Des microalgues à l’huileb) De l’huile au bio-éthanol

III/ Quels sont les inconvénients et les avantages à cette production?...............p.28

Les avantages Les inconvénients

Conclusion..................................................................................................................p.32

Comment fabrique-t'on du biocarburant avec des microalgues ?Comment réduire le coût de ce processus ?Quels ont les avantages et les inconvénients des microlagues ?

Document annexe : ....................................................................................................p.35Projet Shamash : Production de biocarburants lipidiques par des microalgues

Lexique........................................................................................................................p.39

Bibliographie...............................................................................................................p.41

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Avant-propos

Qu’est ce qu’un carburant ?

Un carburant est une substance dont la combustion permet le fonctionnement d’un moteur thermique. Pour qu’un combustible soit un carburant, il faut, comme son nom l’indique, qu’il contienne du carbone. Dans le cas contraire, par exemple pour l’hydrogène, on parle simplement de combustible.

1- Les carburants fossiles.

Un carburant fossile est un carburant issu de roche descendant de la fossilisation de matière vivante (animale ou végétale).Cette ressource est non renouvelable à l’échelle humaine car sa constitution se déroule dans des conditions de pression et de température très élevées et sur une durée d’environ un million d’années.

La voie la plus courante d’obtention des carburants fossiles est le raffinage du pétrole. Le raffinage est l’ensemble des opérations visant à transformer le pétrole brut en produit utilisable.Les carburants usuels n’ont pas une composition bien définie. Ce sont des mélanges d’hydrocarbures qui varient avec l’origine géographique du pétrole utilisé et les procédés de raffinage appliqués. Le mélange n’est commercialisé que s’il vérifie des contraintes strictes sur les propriétés physiques (densité, volatilité), énergétiques (pouvoir calorique) et chimique (indice d’octane, limitation des teneurs en certains composants).

Les essences usuelles (super 95 et 98) et le gazole sont des mélanges de plusieurs dizaines d’hydrocarbures (alcanes linéaires et ramifiés, alcènes, aromatiques) auxquels on été rajoutés des additifs qui apportent des propriétés particulières : éthers (amélioration de l’indice d’octane), détergents et surfactants (lutte contre les phénomènes d’encrassement du moteur), colorants, etc.Pour déterminer les propriétés énergétiques de ces carburants, on les modélise par un « hydrocarbure moyen » : l’octane C8H18 pour l’essence et le dodécane C12H16 pour le gazole.

Dans un moteur, c’est la réaction de la combustion de l’essence qui dégage l’énergie nécessaire au fonctionnement. Dans le cas de l’octane, choisi pour modéliser le mélange d’hydrocarbure

constitutif de l’essence, le bilan de la combustion complète est le suivant :

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2- Les biocarburants.

Les biocarburants se distinguent des autres carburants parce qu’ils proviennent de plantes ou d’animaux non fossilisés. Son grand avantage est de provenir de ressources entièrement renouvelables.Il est obtenu selon différentes techniques :

- production d’huile,- production d’alcool par hydrolyse de l’amidon ou par fermentation alcoolique de

sucres,- carburants gazeux obtenus à partir de biomasse animale ou végétale (dihydrogène,

méthane),- carburant solide (charbon de bois).

On distingue trois générations de biocarburants :

- les biocarburants issus de denrée utilisables pour l’alimentation : 1ère génération.- les biocarburants issus de cultures à vocation strictement énergétique : 2ème

génération.- les biocarburants issus de cultures de microalgues « l’algocarburant » : la 3ème

génération.

1 ère génération

Différentes filières utilisent ces cultures polyvalentes.

• Filière alcool.

Cette filière utilise des espèces végétales cultivées pour leur sucre comme la canne à sucre, la betterave sucrière, le maïs, le blé, etc.Ces ressources végétales peuvent être transformées différemment :

- en bio-éthanol par fermentation des sucres (sucres simples, amidon hydrolysé) par des levures. Il peut remplacer partiellement ou totalement l’essence.

- en bio-butanol, butanol-1 obtenu à base de sucre grâce à une molécule contenant des enzymes.

- Le méthanol est lui obtenu à partir de méthane. Il peut être utilisé partiellement mélangé au gazole.

• Filière huile.

Cette filière utilise n’importe quel oléagineux terrestre comme le tournesol, le colza, le palmier à huile etc.L’extraction de l’huile peut se faire tout simplement pas écrasement ou par des procédés chimiques ou même en combinant les deux. L’huile végétale brute (HVB) peut être utilisée directement dans des moteurs diesels.En France, le biodiesel est aussi appelé diester.

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2 ème génération

Ces biocarburants utilisent des ressources de récupérations (paille, morceaux de bois, déchets divers) en les transformant en alcool ou en gaz.L’hydrolyse de la cellulose contenue dans le bois ainsi que dans les feuilles et autres résidus délaissés dans la fabrication de carburants de 1ière génération (feuilles de cannes à sucres, etc.) permet d’obtenir de l’éthanol. Les biocarburants de deuxième génération utilisent aussi des procédés comme la pyrolyse (destruction d’une matière organique par la chaleur) et la gazéification (permet la transformation des matières organiques en gaz combustible) de la biomasse.

Les recherches explorent différentes perspectives :

- obtenir du biogazole de synthèse à partir d’huile végétale ou de graisse animale,- obtenir du biogazole à partir de la biomasse (des tiges et des troncs) par un procédé

appelé BTL (Biomasse To Liquid). La gazéification de cette biomasse transforme les résidus en gaz de synthèse, qui est ensuite transformé en hydrocarbure,

- transformer les cultures en sucre dont la fermentation produit du bioéthanol par voie biochimique,

- produire un biopétrole par pyrolyse de la lignocellulose (première ressource de biomasse au monde).

Les recherches sur les biocarburants de deuxième génération sont toujours en cours, d’autant plus qu’ils ont succédé à ceux de première génération pour différentes raisons plus que valables.Ces biocarburants 2ième génération ne rentrent pas en concurrence avec la production de ressources alimentaires.A l’heure où la faim dans le monde est un problème réel, il peut être préférable de réserver ces champs à des fins alimentaires plutôt qu’à la production de carburant.Là est la réalité qui amène de nombreux pays à axer leurs recherches sur des techniques de production de carburant de seconde génération.

Jean-Louis Borloo, ministre de l’Écologie : « La position de la France est claire : cap sur la deuxième génération d’agrocarburants. »

3 ième génération : l’algocarburant.

Certains parlent maintenant d’algocarburant pour ces agrocarburants de la famille du biodiesel qui est produit à partir de microalgues.Ces microalgues sont des organismes unicellulaires planctoniques (2µm à 1mm) qui sont présents dans tous les milieux aquatiques.Ces oléagineux marin ont la capacité de produire de l’huile (comme les oléagineux terrestres mais avec de plus grands rendements).Cependant, l’extraction de cette huile ne peut pas se faire par écrasement du fait de la taille des diatomées et ne peut donc se faire qu’avec l’utilisation d’un solvant organique.

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Phaeodactylum tricornutum, exemple de diatomée.

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Algues Chrysophycées (algue d’eau douce)

Chlamydomonas (algue verte unicellulaire)

Scenedesmus (genre d'algue verte d'eau

douce)

I / Présentation des microalgues1- Généralités

Le terme « microalgues » est utilisé pour désigner les algues microscopiques (diatomées, chlorophycées, euglénophycées, chrysophycées, rhodophycées) et les cyanobactéries en particulier dans le cadre de la production de biocarburants. Unicellulaires ou pluricellulaires, ce sont des micro-organismes photosynthétiques séparés en deux groupes polyphylétiques : les eucaryotes et les procaryotes (cyanobactéries).

Vivant dans les milieux fortement aqueux, elles peuvent posséder une mobilité flagellaire. De plus, toutes les vraies algues ont un noyau entouré d'une membrane et les chloroplastes lié à une ou plusieurs membranes.

Ces algues microscopiques ont un processus photosynthétique similaire à celui des plantes supérieures. Elles sont de véritables centrales biochimiques miniatures capables de fixer, comme le font les plantes terrestres, le CO2 grâce à l’enzyme Rubisco.

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a) Où les trouve-t-on ?

Les algues sont un élément extrêmement important sur la planète. D’une part, elles produisent plus d’oxygène que toutes les plantes réunies dans le monde. D’autre part, elles constituent une source de nourriture importante pour de nombreux animaux tels que certaines crevettes et baleines. Ainsi, elles prennent une part importante dans la chaîne alimentaire.

Avec les récents travaux de recherche et l'intérêt porté dans l'utilisation des algues pour la production de biodiesel, on pense qu’elles ont un potentiel encore plus important.

On les trouve principalement dans les océans de toute la surface du globe mais elles se sont parfois développées en eau douce aussi. Les microalgues, sont donc des organismes microscopiques qui poussent par photosynthèse dans l'eau douce ou l'eau de mer.

Un phénomène récemment observé est le « bloom algal ». Il s’agit d’un phénomène visible depuis l’espace et photographié par la NASA encore appelé « efflorescence algale ». Ceci concerne de gigantesques nuages de plancton ou/et de microalgues pouvant atteindre plusieurs dizaines de milliers de kilomètres carré. Ces nuages résulteraient soit d'une prolifération d'origine cyclique, soit de pollutions. Dans l'état actuel des connaissances, on ne sait pas se prononcer.

D’autre part, dans une goutte d'eau de mer, on peut trouver des milliers de micro-algues. Et, dans une goutte d'eau en laboratoire, on peut cultiver jusqu'à cinquante millions de ces organismes contenant des molécules aux propriétés très prometteuses.

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Il s’agit ici d’une photo satellite de la mer des Barents prise 1er août 2007 : on observe alors distinctement le bloom algal.

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b) Quelle est la composition et quelles sont les propriétés des microalgues ?

La diversité des microalgues est énorme puisqu'on estime qu’il existe entre 200 000 et plusieurs millions d’espèces d’algues. Ceci constitue un réel potentiel pour la recherche ainsi que l’industrie. On peut les cultiver et elles se développent très rapidement. Leur rendement en huile est conséquent, on peut donc produire entre 20 et 75m3 à d’huile par hectare.

Les algues sont constituées de cellules eucaryotes (qui contient noyau et organites).

Toutes les algues ont des plastes (organites cellulaires semi-autonome), qui sont responsables de la réalisation de la photosynthèse. (Le rendement photosynthétique d’une microalgue est très élevé : autour de 6%).

Toutes les algues contiennent dans des proportions variables des glucides, des acides gras et des protéines. Mais les microalgues sont d’abord des concentrés d’acides gras ; elles peuvent accumuler jusqu’à 50% de leur poids sec en acides gras, ce qui permet d’envisager des rendements en litres d'essence à l’hectare 10 fois supérieurs aux espèces oléagineuses terrestres.

Ces lipides servent à mettre en réserve l'énergie. La multiplication des acides gras et lipides (ou lithogenèse) nécessite de l'énergie. Ici on s'intéresse plus particulièrement aux triglycérides, qui sont plus intéressantes dans la perspective de fabrication de biocarburant. La synthèse des triglycérides, assez complexe, se déroule en trois étapes (formation de l'acide phosphatique, déphosphorylation en diglycéride et estérification de la dernière fonction alcool du glycérol) et nécessite de nombreux intervenants. Cette réaction étant trop complexe pour notre niveau, nous avons donc préféré ne pas chercher à l'expliquer.

Dans des conditions « normales », les teneurs lipidiques restent trop faibles et les lipides sont principalement des phospholipides et des glycolipides (lipides polaires), qui ont peu d'intérêt dans le but de fabriquer du biocarburant ou d’abord les huiles nécessaires à sa fabrication. Mais cette proportion de lipides varie selon les espèces (il existe sans doute des centaines de milliers d'espèces), et il existe des espèces particulièrement intéressantes, chez lesquelles on peut augmenter cette production de lipides par un « stress physiologique », ou une augmentation de la photosynthèse, ce qui va engendrer une augmentation de la production de sucres, qui seront transformés en triglycérides. De plus, la plasticité métabolique d’une microalgue est très importante, ce qui permet plus facilement d’orienter la bioproduction vers certains acides gras.

Certaines microalgues ont des propriétés particulièrement intéressantes : une partie du CO2 incorporée dans leur biomasse à l'aide de l'énergie solaire est transformée en huile. Ainsi, certaines espèces peuvent contenir jusqu’à 80 % de leur masse en huile, laquelle pourrait servir, par la suite, de carburant au même titre que celle de colza ou de tournesol. Par leur forte croissance (la biomasse peut doubler chaque jour), les microalgues pourraient, dans la

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Algues préparées d’après la recette galloise de

« laverbread »

décennie à venir, avoir des rendements théoriques 30 fois supérieurs à ceux des agrocarburants actuels.

Les microalgues pourraient intervenir dans une partie de la chaîne de recyclage de nos eaux usées ou polluées. Elles pourraient emmagasiner l’azote et le phosphore si on les couplait à une station d’épuration, tout en contrôlant le recyclage des éléments nutritifs.

Les microalgues peuvent consommer directement le dioxyde de carbone produit par une source industrielle. Un couplage avec une source de CO2 qui offre aux microalgues une source d’approvisionnement certaine et donc par la suite une récolte continue.

c) Les utilisations à l’heure actuelle

Les algues en général sont au service de nombreux domaines dont l’alimentation, les cosmétiques. C'est une source de molécules médicamenteuses ou encore une source de matière industrielle (bioplastiques, pigmentation...), et bientôt une source d’électricité durable.

Tout d’abord, plusieurs algues sont utilisées dans le domaine de la nutrition. Elles sont élevées pour produire des denrées alimentaires. En Asie, les algues dont utilisées pour produire des aliments (Japon, Corée…), d’autre part, au Pays de Galles, les algues sont utilisées dans la « laverbread », une recette traditionnelle. En Irlande on les prépare aussi en ragoût. On récolte également les

microalgues pour l’alimentation à Hawaï ou en Nouvelle-Zélande, au Mexique, en Afrique de l’Est. Ces algues sont riches en protéines et autres nutriments ; elles sont conseillées dans les régimes alimentaires qui ont pour but le traitement de la malnutrition.

Dans l'agroalimentaire, certaines sociétés (Finistère Nord) ont la capacité, à partir d'algues laminaires récoltées sur place, de produire des alginates (gélifiants extraits d'algues sous forme de poudre) qui sont utilisés dans l'alimentaire (texturants pour les yaourts, par exemple) ou d'autres secteurs (fabrication de pâte à papier...). Les algues alimentaires ramassées sur les côtes bretonnes sont commercialisées pour renforcer les défenses immunitaires des animaux.

Le secteur cosmétique compte aussi un nombre important d'entreprises. Le laboratoire Sciences et Mer (Brest) fabrique des poudres d'algues (à partir de laminaires...) pour ses gammes de produits (enveloppement, boues marines, cataplasme) et fournit les centres de thalassothérapie.

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La Bretagne compte aussi des sociétés qui exploitent les microalgues possédant des propriétés intéressantes pour la santé. La Somaig (Entreprise de Côtes d'Armor) cherche, par exemple, des molécules anticancéreuses. Certaines microalgues ont des capacités antihémorragiques, d’autres contiennent de nombreuses vitamines et enfin certaines contiennent des antioxydants permettant de lutter contre les radicaux libres dans le domaine de l’effort (compléments alimentaires).

Les recherches actuelles se portent sur l’utilisation des algues pour consommer le CO2 que nous produisons à la sortie de tout dispositif industriel qui en produit. C’est-à-dire les fours ou les usines de production d’électricité à partir de combustibles de tous types, fossiles ou renouvelables, qui passent par une combustion. Les algues en effet ont l’avantage de se reproduire « à toute vitesse » et ont besoin pour se développer de CO2 comme les autres végétaux terrestres. Aux Etats-Unis, le laboratoire GreenFuels Technologies développe le concept de

procédés de purification de biogaz grâce à des microalgues.

Les algues sont utilisées dans la fabrication de pigments et de colorants comme la chlorophylle ou d’autres colorants verts.

Les algues sont encore utilisées comme engrais, conditionneurs de sol et pour l'alimentation du bétail, de la volaille et des poissons. Les algues sont cultivées dans des réservoirs ou des étangs clairs et sont récoltés ou utilisés pour traiter les effluents pompés à travers les étangs. Elles sont également utilisées dans le traitement des eaux usées des installations. Les algues peuvent être utilisées pour la capture dans les eaux de ruissellement des engrais de ferme. Quand vient ensuite la récolte, les algues enrichies elles-mêmes peuvent être utilisées comme engrais.

Enfin les microalgues sont des sources futures d’énergie. De nombreux biocarburants sont en cours de développement à partir de microalgues (des carburants biologiques, la production d'hydrogène, de biohydrogène, le biodiesel.

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2- Production de microalgues

Comme les végétaux, les microalgues utilisent la lumière solaire lors de la biosynthèse. La photosynthèse est un processus chimique qui permet aux plantes et à certaines bactéries de convertir la lumière du soleil en énergie. Les algues capturent l'énergie de la lumière grâce à la photosynthèse et convertissent diverses substances en sucres avec cette énergie.Les paramètres les plus importants dans la production de microalgues sont la quantité et la qualité des éléments nutritifs, la luminosité, le pH, la salinité et la température. Les paramétrages optimaux diffèrent d'une espèce à l'autre. Ainsi, si les facteurs sont optimaux pour une espèce de microalgues, ils ne le seront pas nécessairement pour une autre.Il existe de nombreuses méthodes de culture des algues : du tube à essai ultra-contrôlé aux réservoirs gigantesque soumis à de nombreux aléas.

a) La culture en bassins « raceway »

La culture de microalgues en plans d'eau (lacs, étangs mais aussi mers, bassins artificiels...) bénéficie d'une recherche approfondie. Le système le plus utilisé dans la production commerciale de microalgue (pour l'instant les microalgues ne sont utilisées qu'à but alimentaire ou cosmétique) est le système « raceway », ou champs de course en français.

Dans ces structures, les microalgues, l'eau et les nutriments circulent dans un circuit. Des pales rotatives créent un débit qui maintient les microalgues en suspension dans l'eau et circulent de la surface au fond de manière régulière. Les bassins sont en général peu profonds, car les microalgues ont besoin de la lumière du soleil. Celle-ci est stoppée après une certaine profondeur. Les bassins de type « raceway » sont alimentés en nutriments et CO2 continuellement d'un côté du bassin ce qui permet de les exploiter de manière continue en prélevant les microalgues de l'autre côté.

Le principal avantage de ces bassins est leur facilité à être construits et entretenus, comparativement aux bassins fermés. Cependant la lumière ne pénètre pas de manière suffisante aux cellules. L'évaporation entraîne une perte d'eau, donc un surcoût et ils nécessitent un grand terrain. De plus, les risques de contamination élevés limitent la production de microalgues aux espèces habituées aux conditions extrêmes.

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Schéma du système « raceway »

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Une solution à une partie des ces inconvénients majeurs a été apportée par la mise en place de système similaires, plus petits et contenus dans une enceinte. Ces systèmes permettent un meilleur contrôle de l'environnement. Ces systèmes sont aujourd'hui de plus en plus utilisés dans la culture de la spiruline, principale microalgue cultivée aujourd'hui.

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Exemple de bassins de type « raceway » à Asserac (44), photo (haut) et vue satellite (bas)

Exemple de bassin « raceway » couvert

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b) Les cultures en photobioréacteurs

Les microalgues peuvent aussi être cultivées dans des photobioréacteurs (PBR). Le PBR intègre une source de lumière spécifique. Le terme de photobioréacteur est, par abus de langage, opposé aux systèmes « raceway », ouverts ou clos, mais qui par définition sont aussi des photobioréacteurs (utilisant la lumière du soleil). Il existe différents types de PBR : − les réacteurs tubulaires, horizontaux et verticaux,− les réacteurs en colonne verticaux,− les réacteurs en colonne à bulles,− les réacteurs à remous,− les réacteurs « immobiles ».

Parmi cette liste, les photobioréacteurs tubulaires sont les plus appropriés pour les cultures massives à l'extérieur.

Les PBR tubulaires sont des longs tubes (droits, enroulés ou en forme de looping) transparents disposés de manière à capter au mieux la lumière. Les PBR sont conçus de manière à isoler les cultures des agents de contamination extérieurs. Ils sont entièrement fermés. Mais ils peuvent entraîner une photoinhibition si la luminosité est trop forte.La plupart des PBR sont en verre ou en plastique. Leur forme est variable : horizontale, verticale, conique, ou bien inclinée. L'aération et le mélange des cultures à l'intérieur des PBR sont assurés par une pompe à air ou un système de flux d'air.

Ce qui rend les PBR tubulaires si aptes à la culture à l'extérieur, c'est leur grande surface d'illumination. Leur plus grand défaut est la piètre qualité du transfert des masses à l'intérieur des réacteurs. Le transfert des masses (circulation d'atomes en chimie, l'O2 ici) ne s'effectuant pas correctement, l'accumulation de l'oxygène s'accroit de manière proportionnelle à la taille des PBR. Des études ont ainsi montré que des niveaux très élevés d'oxygène dissous sont atteints dans les PBR tubulaires. Un autre défaut de ces cultures est le contrôle du pH ; l'enceinte entièrement fermée rend le contrôle délicat pour le moment.

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En haut : photo de photobioreacteurA droite : schéma de photobioreacteur

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Les PBR peuvent permettre à plus d'espèces de croître que les bassins « raceway ». Il peuvent produire des microalgues toute l'année s'il est chauffé. Ce sont des systèmes entièrement clos, donc tous les nutriments nécessaires à la croissance des microalgues doivent être introduits dans les PBR, c'est-à-dire solubilisé dans l'eau. Il est possible d'introduire un courant d'eau stérilisée enrichie en nutriments, air et CO2. Une fois la culture en PBR lancée, elle peut être poursuivie pendant très longtemps.

Les photobioréacteurs peuvent être éclairés par une lumière artificielle (PBR de laboratoire), solaire (PBR inclinés ou horizontaux de plein air), voire même parfois les deux. Certains photobioréacteurs peuvent inclure des systèmes qui améliorent leur rendement : bulles d'air, système de remous, tubes hélicoïdaux... La température des petits photobioréacteurs peut être facilement contrôlée. Il suffit pour cela de placer les PBR dans une pièce à température constante. Pour les photobioréacteurs plus grands, situés à l'air libre, des techniques très pointues, comme une double paroi éclairée de l'intérieur couplée à un système de chauffage et de refroidissement de l'eau, sont nécessaires afin d'arriver à a température voulue.

Comme on le voit représenté sur le tableau ci-dessous, la productivité en huile pour les photobioréacteurs quelque soit la quantité de lipides est environ 1.4 fois plus élevé que pour les « raceway ». Néanmoins ce tableau ne représente que des scénarios, les chiffres ne sont pas exacts dans la réalité. Or si dans l’avenir, on voit naitre une production assez importante, il va falloir faire contre ces désavantages.

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c) Des microalgues dans le désert ?

Les microalgues peuvent être cultivées partout grâce aux photobioréacteurs.

Les algues peuvent donc croître dans le désert, dans des étangs d'eau salée ou mieux, dans des photobioréacteurs. Il est possible de placer ceux-ci dans un environnement désertique, même si le fait de maintenir une eau à 21°C constitue un réel défi.Les principales ressources dont ont besoin les microalgues sont l'eau, le CO2 et la lumière. Pour la lumière, le désert est idéal en raison de l'ensoleillement très fort et qui varie assez peu si on est proche de l'équateur. Une possibilité ingénieuse consiste à placer les cultures à proximité de centrales à charbon, pour que le CO2 rejeté soit utilisé par les microalgues. Cependant, comme le charbon ne représente pas une énergie d'avenir, on se tourne vers d'autres usines.Des entreprises telles que Petrosun, Greenfuel et Biofields ont déjà annoncé leur intention de cultiver des microalgues en milieu désertique (ce qui est déjà le cas pour Greenfuel).

La culture de microalgues dans le désert serait la meilleure alternative aux agrocarburants utiilisant les exploitations agricoles, car elle exploite de terres inutilisées. Cependant les panneaux photovoltaïques pourraient se révéler plus rentables et pourraient occuper la place des microalgues dans le désert (dans un futur lointain).

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Photobioréacteurs de l'IFREMER

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PHOENIX

Site de Greenfuel dans le désert de l'Arizona, non loin de la ville de PHOENIX

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3- Rendement des microalgues

Les micoalgues comportent une certaine quantité de lipides, mais parfois cette quantité est insuffisante mais peut être facilement améliorée, de manière à réduire la taille des cultures.

On distingue alors deux catégories de procédés : ceux qui augmentent la production et ceux qui provoquent un stress physiologique.

On peut augmenter la production en « dopant » la photosynthèse : soit en augmentant les apports en CO2 (par exemple par la présence d’une usine à proximité) soit en augmentant la luminosité. Cependant en augmentant la luminosité on risque la photoinhibition (arrêt de la photosynthèse à cause d'une trop forte luminosité).

Pour obtenir une augmentation du nombre de triglycérides on peut aussi provoquer un stress chez les microalgues. Pour provoquer ce stress on fait varier les facteurs environnementaux de la culture : baisse de température, carence en azote, déficience en phosphates, limitation en silice.

Tous ces chocs vont faire que les microalgues vont « mettre en stock » des lipides, et donc des triglycérides. C’est une réaction naturelle : les lipides constituant les principales réserves énergétiques à long terme des microalgues, on peut la comparer à la réaction des personnes qui économisent leur argent lors de la crise.La limitation en azote est encore plus efficace, car lorsqu’on prive les cellules d’azote, celles-ci ne peuvent plus créer de protéines, donc elles produisent encore plus de triglycérides.

C’est exactement sur ces paramètres que la course au biocarburant va probablement se jouer. L’entreprise ayant trouvé la meilleure combinaison entre ces facteurs aura sûrement une grande chance de commercialiser rapidement du biodiésel algal. Nous avons réalisé une expérience peu avant les vacances d’hiver pour connaître quelles sont les moyens utilisés par les chercheurs de l’IFREMER à Nantes et comment la croissance des microalgues varie en fonction de deux facteurs : la luminosité et la concentration du milieu nutritif.

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phaeodactylum tricornutum Cyclotella DI-35 Stichococcus Dunaliella tertiolecta

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Contenu lipidique de diverses espèces

contenu maximum en lipides (%

poids sec)

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COMPTE-RENDU DE L’EXPERIENCE

But de l’expérience :

On cherche à mettre en évidence quels facteurs influencent la prolifération de micro algues.Dans cette expérience, nous faisons varier la luminosité et la concentration du milieu nutritif.

Matériel utilisé :

- 13 mL d’isochrysis affinis galbana clone Tahiti soit 208 millions d’algues.- Un incubateur à 24° C éclairé en permanence- Un luxmètre- 4 Erlenmeyer 250 mL- Une solution d’1 L d’eau de mer et 1 mL de milieu de Conway- Une solution d’1 L d’eau de mer et 4 mL de milieu de Conway- 4 Bouchons en cellulose- Une micropipette 100-1000 µL- 10 mL de Lugol- 20 tubes à prélèvement.

Protocole :

La culture des microalgues

On prend quatre erlenmeyer 250 mL et on ajoute différemment pour les quatre :

- 200 mL d’une solution d’eau de mer et de milieu nutritif (milieu de Conway) dilué à 1 mL.L-1

placée dans l’incubateur à 24° C et à une luminosité de 30 Lux : culture « 1mL haut »

- 200 mL d’une solution d’eau de mer et de milieu de Conway dilué à 1mL.L-1

placée dans l'incubateur à 24° C et à une luminosité de 300 Lux : culture « 1mL bas »

- 200 mL d’une solution d’eau de mer et de milieu de Conway dilué à 4 mL.L-1

placée dans l'incubateur à 24° C et à une luminosité de 30 Lux : culture « 4mL haut »

- 200 mL d’une solution d’eau de mer et de milieu de Conway dilué à 4 mL.L-1

placée dans l'incubateur à 24° C et à une luminosité de 300 Lux : culture « 4 mL bas »

On se propose de laisser la culture pousser pendant une semaine, et effectuant des prélèvements de chaque culture tous les jours.Les prélèvements s’effectuent avec la micropipette. Il faut prélever 500 µL dans un tube à prélèvement et y ajouter 500 µL de Lugol et répéter cela chaque jour pour chaque culture.Le lugol sert à colorer les cellules et à les tuer pour que leur nombre dans l’échantillon reste le même jusqu’au moment où on fera le contage.

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Le comptage.

Pour exploiter les résultats obtenus, il faut compter pour chaque prélèvements le nombre d’entités.Le comptage des cellules s’effectue à l’aide de d’hématimètres appelé aussi cellules de comptage. Ceux-ci permettent de numérer, en déposant une goutte de solution dans un volume précis et connu (50, 1 ou 0,5 mm3), toutes les micros algues présentes.Cette étape s'est effectuée à L'IFREMER. Nous avons placé deux gouttes de nos prélèvements sur l'hématiemètre puis grâce à une caméra reliée à un ordinateur qui filme à travers l'oculaire d'un microscope et un logiciel fabriqué de toute pièce à l'IFREMER, nous avons pris des photos des grossissements de la plaque. L'ordinateur compte par la suite le nombre de microalgues par plaque grâce à un programme de reconnaissance. Nous avons alors obtenu les résultats de notre expérience.

Résultats :

erlenmeyer 1mL Haut 4mL Haut 1mL Bas 4mL BasJour 1 (nombre de mi-

croalgues/mL) 0 0 0 0Jour 2 0 0 0 0Jour 3 65000 0 130000 190000Jour 4 430000 0 575000 560000Jour 5 755000 0 2230000 2750000Jour 8 850000 0 8500000 5150000

Jour 11 1100000 0 20000000 15600000

Interprétation des résultats :

Nous avons eu une culture (« 4mL haut ») qui n’a pas fonctionné : le deuxième jour de l’expérience l’incubateur a cessé de fonctionner pendant une nuit et le lendemanin matin la température était descendue à 18°C. Or si les microalgues sont cultivées à des températures trop basses, elles meurent, ce qui explique que notre culture n’ait pas fonctionné. Pour les 3 autres erlenmeyers, nous nous attendions à ce que plus la luminosité soit élevée, plus la croissante soit forte, et c’est ce que nous avons observé. A la fin de l’expérience, il y avait 10 fois plus de microalgues dans la culture à forte luminosité que dans celle à faible luminosité, pour un même milieu de culture.Nous pensions aussi que plus le milieu de culture était concentré, plus les algues se multipliaient vite. C’est ce qu’on observe au début de l’expérience, mais à la fin comme la lumière parvient moins bien à la culture (les microalgues situées aux parois empêchent la lumière de pénétrer au centre de la culture), celle-ci grandit moins vite.

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Page 20: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

Grâce à une échelle logarithmique nous avons pu obtenir les courbes suivantes :

Ces courbes nous permettent de déterminer la vitesse de croissance des microalgues. Celles-ci sont multipliées par 100 environ tous les 3 jours. Cependant on observe une phase de stagnation, notamment dans la culture la moins performante. Ceci est dû au fait que la luminosité n'est plus suffisante est que la culture à atteint un certain seuil. Normalement c'est lorsqu'on a atteint ce seuil que l'on est censé augmenter le nombre de triglycérides dans les microalgues pour ensuite les récolter.

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Rendement de l'expérience - Evolution du nombre de microalgues en fonction du temps

10000

100000

1000000

10000000

100000000

Jour1

Jour2

Jour3

Jour4

Jour5

Jour8

Jour11

Temps (en jours)

Nom

bre

de m

icro

algu

es (e

n ce

llule

s/m

L) 1mL Haut4mL Haut1mL Bas4mL Bas

Photo des cultures à la fin de l'éxpérience

Page 21: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

II/ Fabrication du biodiesel : des tubes à essai aux pompes à essence

1- Des microalgues à l’huile

Les plus grandes cultures de microalgues peuvent produire selon les estimations de 5000 jusqu'à 15000 litres d'essence par hectares. La récolte et l'extraction de l'huile sont deux opérations qui ont une importance capitale sur le rendement et donc sur le prix à la pompe. La récolte des microalgues est une étape très difficile à réaliser, tout comme l'extraction de l'huile qu'elles contiennent. Ces étapes sont souvent passées sous silence lorsque des start-ups ambitieuses et attractives promettent du carburant à partir de microalgues dans un avenir très (trop) proche, car il est encore difficile de se prononcer sur la façon dont on doit s'y prendre. De plus, les techniques les plus faciles à utiliser et les plus répandues aujourd'hui ne sont pas forcément très respectueuses de l'environnement.

Comment récolter les microalgues ?

Il n'est pas aisé de récolter des cellules de quelques microns de diamètre et d'une densité proche de l'eau. Pour résoudre ce problème, il y a généralement deux options : séparer les microalgues de leur milieu de culture (filtration, centrifugation) ou faire agglutiner les microalgues (coagulation ou floculation) et ensuite les prélever.

Des produits comme le sulfate d'aluminium ou le chlorure de fer provoquent la coagulation des cellules qui précipitent au fond ou flottent à la surface. La récupération de la biomasse est réalisée en siphonnant le surnageant ou en écrémant les cellules situées à la surface. C'est le cas pour l'Odontella aurita (elle est surtout vendue comme complément nutritif). Cependant l'usage de produits chimiques pose problème et le processus n'est pas fiable pour toutes les espèces de microalgues.

La floculation est un phénomène qui permet à certaines algues de se trouver en suspension. Si certaines microalgues ne possèdent pas cette propriété, on peut les forcer à l'acquérir en utilisant des agents floculants. Le principal désavantage de cette méthode est l'utilisation de produits chimiques, qui vont par ailleurs devoir avoir disparu si des réactions chimiques sont envisagées (ils peuvent modifier la réaction et diminuer son rendement). Cela nécessite une nouvelle étape de séparation, qui augmente le coût et empêche la méthode de récolte des microalgues par floculation d'être commercialement viable. Cette méthode et celle de coagulation sont souvent associées pour traiter les eaux usées.

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Flacon de gauche : avant floculationFlacon de droite : après floculation

Page 22: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

On peut aussi utiliser une centrifugeuse, qui va regrouper les microalgues au fond du contenant, mais cette technique a deux inconvénients : elle peut fragiliser les microalgues et est difficilement applicable à une échelle industrielle.

Pour certaines espèces, on peut utiliser la filtration, c'est par exemple le cas pour la récolte de la spiruline (utilisée principalement à des fins pharmaceutiques, cette microalgue est par exemple cultivée par l'entreprise Alpha Biotech, basée à Asserac en Loire-Atlantique). La filtration est réalisée avec une pompe à vide. L'avantage majeur de cette méthode en tant que dispositif de concentration est qu'il est capable de récolter des microalgues de très faibles densités. Cependant, la méthode de filtration est réservée aux petits volumes et il existe un risque que le filtre soit bouché par les paquets de cellules lorsque la pompe est en fonctionnement.De nombreuses méthodes ont été mises au point pour éviter ces problèmes : par exemple l'une d'entre elle implique l'utilisation d'une pompe réversible qui utilise de manière alternative les deux sens, ce qui évite la formation de paquets de cellules. Cette méthode permet de filtrer un plus grand volume d'eau en une courte période (20L → 300mL en 3 heures). Un second processus utilise une pompe identique à celle du procédé original mais utilise une lame qui agite le contenant situé au-dessus du filtre ce qui évite que les particules s'agglutinent. La filtration demeure cependant complexe et comporte un résultat assez aléatoire (ce qui peut provoquer une hausse du prix à ce niveau pour compenser les « ratés »).

Aujourd'hui on ne dispose donc pas d'une méthode fiable à grande échelle pour extraire les microalgues.

Comment extraire l'huile des microalgues ?

L'utilisation de l'hexane permet d'extraire les lipides, notamment ceux contenus dans les microalgues, simplement en mélangeant les microalgues et le solvant. On peut améliorer le rendement de cette technique en utilisant un réacteur ultrasonique (qui produit des ultrasons). L'action de celui-ci sur le solvant va créer des bulles qui vont éclater près des parois des cellules et faciliter l'extraction. Cette méthode est largement utilisée dans l'industrie alimentaire et coûte relativement peu cher.

Cependant il existe des inconvénients majeurs : l'utilisation de solvants nécessite de l'énergie, ils peuvent altérer la qualité du produit obtenu (voir exemple de l'huile de colza) et surtout ils sont la plupart du temps mauvais pour l'environnement (la dégradation de l'hexane entraîne la production de dioxyde de carbone), ce qui n'est pas compatible avec l'esprit écologique du biocarburant algal.

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Page 23: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

La technologie du CO2 supercritique (CO2sc) est basée sur le pouvoir solvant du CO2 qui est modulable à volonté selon les conditions de pression et de température qu’on lui applique. A l’état supercritique (plus de 74 bar et de 31°C), le CO2 possède des propriétés très particulières. Le fluide obtenu est caractérisé par une grande diffusivité (de l’ordre de celle des gaz), ce qui lui confère une bonne aptitude à la diffusion, et une densité élevée qui le dote d’une capacité de transport et d’extraction importante.

Un procédé d’extraction par CO2 supercritique fonctionne en circuit fermé. Il comporte des organes de mise en pression (pompes) et en température (échangeurs) afin d’amener le CO2 au-dessus de son point critique.Le produit à traiter est placé dans un extracteur traversé par le flux de CO2 supercritique. Le fluide se charge en composé extrait, puis il est détendu, passe en phase gazeuse et se sépare du composé extrait. Ce dernier est recueilli dans un séparateur.

Les avantages du CO2 résident en son faible prix, le fait qu'il n'altère pas les produits et qu'il est abondant dans la nature.

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Huile de colza industrielleextraite avec un solvant

chimique

Huile de colza « bio » pressée

On remarque une différence de coloration due à l'utilisation de solvants chimiques

LES INCONVENIENTS DE L'HEXANE : EXEMPLE DE L'HUILE DE COLZA

Page 24: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

Les avantages du processus d'extraction par le CO2sc sont :− c'est une méthode peu polluante ; aucun gaz n'est rejeté dans la nature− très peu d'investissements d'approvisionnement ; une fois utilisé le CO2 peut être

réutilisé à l'infini− le processus permet une extraction sélective et n'altère pas le reste de la

microalgue.− La technologie employée est certifiée « Bio » en France

De plus, une étude menée par l'université de Lincoln au Nebraska ,sur un autre produit que les microalgues, montre qu'avec du CO2sc à 27,5 MPa et 70°C on extrait 150 grammes de lipides par kg de produit testé, alors qu'avec de l'hexane à 69°C on obtient seulement 85 g/kg.

Ce procédé est aussi déjà utilisé dans le cas du café décaféiné et donne des résultats très satisfaisants.

Aujourd'hui, à l'échelle industrielle, il est plus courant pour extraire un produit d'utiliser un solvant chimique, comme l'hexane. Cependant cette méthode est peu respectueuse de l'environnement et peut être remplacée par la méthode au CO2 en mode supercritique, qui comporte de nombreux avantages, notamment d'extraire uniquement les lipides et d'être plus respectueuse de l'environnement. Dans le futur il est probable que cette méthode soit adoptée pour l'extraction des lipides des microalgues.

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Page 25: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

2- De l’huile au biodiésel

Une fois le rendement maximal en pourcentage de triglycérides par cellule atteint, et les triglycérides séparés du reste de la microlague, l'étape suivante pour les scientifiques est de trouver une manière d'exploiter ces triglycérides afin qu'on puisse faire avancer une voiture (ou un autre véhicule à moteur) avec et au prix le plus bas possible.

On peut alors décider d'utiliser l'huile pure directement dans le moteur, cependant du fait de sa viscosité élevée, l'huile pure pose des problèmes, notamment au niveau de l'initiation de la compression. En effet la viscosité est 10 à 20 fois supérieure à celle du diesel, et elle est moins volatile que l'essence. Donc les huiles ne brûlent pas complètement et créent des dépôts dans les moteurs. De plus, de l'acroléine, une substance hautement toxique, se forme lors de la décomposition du glycérol.

On peut résoudre les problèmes rencontrés avec les carburants à haute viscosité en diminuant celle-ci par dilution, ou en transformant l'huile en biodiésel par pyrolyse ou bien par transestérification, processus aujourd'hui le plus utilisé pour la production de biodiéselet le plus avantageux.

Qu'est-ce que la transestérification ?

La transestérification, réalisée dans des cuves de taille proportionnelle à la quantité de biodiésel à produire, désigne la réaction des triglycérides avec le méthanol pour former du glycérol et un ester méthylique. Cette réaction est favorisée par des alcools (qui jouent le rôle de catalyseurs) : l'éthanol et l'éthanolate de sodium.

Équation chimique de la réaction

Voici les entités chimiques qui sont présentes dans la cuve :Avant la réaction :

Triglycérides Méthanol Catalyseurs : éthanol et éthanolate de sodium

Provenance habituelle : lipides

- décomposition d'êtres vivants

- méthane

-éthanol : sucre ou dérivé de l'éthylène

-éthanolate de sodium : dérivé de l'éthanol.

Peut-on l'obtenir des microalgues ? oui oui Éthanol : oui

Comment ? En extrayant les lipides.

En recyclant les microalgues après

l'extraction des lipides.

En extrayant le sucre des microalgues.

Et après la réaction :

Glycérol Ester méthylique Résidus : éthanolate de sodium

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Catalyseurs

Page 26: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

Utilité

Utilisé en pharmacie, notamment comme complément nutritif,

cosmétique (savons de marseille, dentifrices...), utilisé dans le cellophane

et la nitroglycérine.On peut le réutiliser dans la

transestérification en le transformant en méthanol. Il est non polluant.

Biodiésel Peut être réutilisé pour une autre

réaction.

inconvénientLes trois produits sont mélangés. Pour les séparer on utilise de l'eau salée et de l'éther. Après décantation, deux phases apparaissent, la plus dense contient le

biodiésel et l'éther, que l'on vaporise pour n'obtenir que le biodiésel.

On utilise dans notre exemple l'éthanol et l'éthanolate de sodium comme catalyseurs. Cependant ceux-ci peuvent être remplacés par d'autres catalyseurs (alcools, alcalins...), mais l'efficacité de la transestérification en sera alors modifiée. Pour le moment on ne peut pas affirmer qu'un catalyseur soit plus efficace que tous les autres, faute d'études sur le sujet.

Peut-on améliorer la transestérification ?

Aujourd'hui il existe de nombreuses manières d'améliorer la transestérification. Mais le marché du biodiésel ne s'étant pas encore très développé, il ne s'agit pas de systèmes très aboutis et dont l'efficacité sur des quantités industrielles n'ont pas encore été démontrées.

Par exemple pour les producteurs « locaux » de biodiésel par transestérification, le fabricant de machines IKA® vend un disperseur censé améliorer la surface de réaction chimique et donc l'efficacité de celle-ci.Cependant la taille de la machine commercialisée aujourd'hui indique qu'elle est davantage réservée à des particuliers souhaitant produire leur propre biodiésel qu'à des grands industriels. Ses avantages seront peut-être moindres par rapport au surcoût qu'elle entraîne.

Sur internet, on peut trouver des méthodes de transestérification qui permettent d'augmenter la pureté des produits, de diminuer le temps de réaction, d'avoir moins de déchets … Cependant la véracité des arguments avancés par les inventeurs n'est pas toujours clairement justifiée, tout comme les procédés eux-mêmes.

Il convient donc de considérer que la méthode de transestérification telle que nous l'avons décrite reste sûrement la plus fiable pour le moment, mais des modifications pourraient cependant être apportées, notamment dans le recyclage des résidus qui sont destinés à être

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Page 27: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

jetés. Après raffinage, le glycérol et l'ester méthylique peuvent être retransformés en méthanol ou en alcool (catalyseur).

On peut aussi réduire le coût de la production en revalorisant la biomasse inutilisée : les protéines et les sucres peuvent être réutilisés dans le milieu de culture des microalgues.

Les sucres, après fermentation, peuvent être transformés en bioéthanol.La combustion de la biomasse peut être utilisée pour produire de l'énérgie, ce qui rejette du

CO2, essentiel à la croissance des microalgues ; le couplage d'une centrale fonctionnant aux microalgues et d'une production de microalgues ayant pour finalité le biodiésel est intéressant à plusieurs niveau, à la fois dans la fourniture de CO2 et dans le recyclage des microalgues.

Schéma de recyclage de la biomasse

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Page 28: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

III. Avantages et InconvénientsAujourd’hui la production de biocarburant à partir de microalgues est évidemment une

question qui se pose souvent pour créer une alternative au pétrole. Mais il faut distinguer les différents avantages et inconvénients à cette production afin de mieux comprendre les points intéressants et les points défavorisant qu’a cette production.

3- Qu’en est-il des avantages

Les intérêts que pourrait avoir cette production dans le futur sont tout d’abord la possibilité de s’affranchir du sol. C'est-à-dire qu’aujourd’hui la production des nombreux biocarburants existants ne permet pas de s’affranchir de la terre. En effet, le sol a de nombreuses contraintes comme l’insuffisance de superficie ou même le problème des saisons fertiles. Alors que les microalgues ne dépendent ni du sol, ni des saisons fertiles, elles se développent plus rapidement. Leur rendement photosynthétique élevé, aux environs de 6% et leur possibilité à accumuler des acides gras jusqu’à 50% de leur poids sec, leur confèrent une véritable compétitivité face aux autres biocarburants. Elles peuvent doubler leur taille en un temps très court (ce temps varie selon les différentes espèces de microalgues) : en moyenne il est d’environ un jour.

A travers ce tableau qui montre les taux de croissance maximum et les temps de doublement de différentes espèces de microalgues dans des conditions diverses, on voit que la biomasse récupérable chez les microalgues est très élevée. Ainsi sur des surfaces de plusieurs hectares, les rendements montrent de fortes productivités. Dans les conditions optimales, certaines espèces peuvent atteindre des taux de croissance de l’ordre de 3.8 jour-1, ce qui correspond à des temps de doublement de l’ordre de 4.3 heures. En revanche ces taux de croissance en extérieur sont plus faibles, même s’ils restent intéressants.D’autre part, si nous comparons cette production de microalgues à l’ensemble des autres biocarburants utilisés , on remarque que les taux de croissance cellulaires des microalgues sont beaucoup plus élevés que les autres biodiesels.

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Taux de croissancemaximum (J-1)

Temps de doublement(Jour)

Botryococcus braunii 0.2 3.4Chlamydomonas rheinhardii 3.8 0.18

Chlorella vulgaris 1.84 0.37Dunaliella tertiolecta 3.5 0.2Isochrysis galbana 2.0 0.34Navicula muralis 2.63 0.26

Pleurochrysis carterae 0.65 1.1Rhodomonas salina 0.6 1.15Spirulina platensis 0.5 1.38

Thalassiosira pseudonana 2.48 0.27

Page 29: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

(*Obtenu ponctuellement, Sheehan et al. 1998)

En effet, la productivité (en g/m²/Jour) obtenue par l’IFREMER, qui est la référence utilisée ici, est nettement plus élevée que les trois plus importants biocarburants (Canne à sucre, Colza, Tournesol) utilisés aujourd’hui dans le monde, mais aussi à l’ensemble des espèces oléagineuses terrestres. Les chercheurs affirment que les rendements en huile à l’hectare pourraient être 30 fois supérieurs aux espèces oléagineuses terrestres.Ainsi nous avons fait à travers ce tableau une comparaison des différents biocarburants, ce qui nous permet de distinguer les avantages des microalgues par rapport à ces concurrents.

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Page 30: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

Energie produite par le biocarburant pour 1 unité de

carburant fossile utilisée

Différence des émissions de gaz à effet de serre du biocarburant par rapport à

ceux de l’essence

Ethanol de maïs 1.3 22% moins polluantEthanol de Canne à

Sucre 8 56% moins polluant

Biodiesel 2.5 68% moins polluantBiocarburant de 3eme

génération (microalgues)De 2 à 36 selon la méthode de

production 91% moins polluant

L’énergie contenue dans les microalgues peut être près de 36 fois plus élevé que l’énergie fossile demandée pour produire les microalgues. On parle donc d’une production très intéressante pour l’environnement. En 2004, la consommation mondiale de pétrole dans les transports routiers atteignait 1,5 milliard de tonnes. Il faudrait donc fournir 1,5 milliard de tonnes d'équivalent pétrole par an, sans compter l'augmentation de la demande d'énergie. Si on prend l'exemple de la culture de betterave, un hectare produisant en moyenne 2 tonnes d'équivalent pétrole par an, il faudrait consacrer 525 millions d'hectares (soit 1/3 de la surface agricole mondiale) à cette filière biocarburant.

Sans oublier que l’intérêt principal de cette production de biodiesels grâce aux microorganismes est de préserver l’environnement, qui est la plus importante des préoccupations à nos jours.Ainsi les microalgues, au cours de la photosynthèse, ont la faculté de pouvoir absorber le CO2 qui est au préalable solubilisé dans le milieu où baignent les microorganismes. On peut donc envisager de relier cette production à une source de CO2 industrielle, afin de consommer le CO2, tout en produisant des lipides. Un kilogramme de biomasse représente en moyenne, 1,8 kilo de dioxyde de carbone fixé, ce qui permet de stocker une certaine quantité de CO2. Et, sachant que les microalgues ont besoin pour produire des lipides, d’azote et de phosphore en période de croissance, il suffirait tout simplement de relier l’ensemble de la production à une station d’épuration. Alors on traiterait, pour des grandes productions envisageables, non seulement le CO2 rejeté par les usines mais aussi les effluents des stations d’épuration, en participant à la chaine de recyclage. On note aussi que ces petits microorganismes ne nécessitent pas l’apport de phytosanitaires (genre pesticide) et ainsi évite la pollution de l’eau. Donc à présent les avantages que peut avoir une production à grande échelle sont intéressants et surtout pour les pays en voie de développement, où les technologies peuvent être exploitables. Néanmoins les difficultés rencontrées sont tout aussi nombreuses et limitent cette production.

4- … et des inconvénients ?

Dans les parties précédentes, on a observés déjà de nombreux inconvénients qui ne permettent pas la commercialisation immédiate de biodiésel :

− les microalgues, de par leur diversité représentent certes un grand potentiel, mais aussi une longue liste de possibilités, il est possible qu'il existe une espèce parfaite pour la culture de biodiésel sans qu'on en ait conscience.

− Les microalgues peuvent être cultivées dans des bassins raceway, mais ceux-ci ne permettent que la culture d'un nombre restreint d'espèces, résistantes aux condition environnementales extrêmes qui sont nécessaires pour éviter les risques de

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Page 31: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

contamination. Les photobioréacteurs quand à eux sont difficiles à nettoyer, chers et il est difficile de maintenir les mêmes conditions environnementales à l'intérieur de ceux-ci.

− Un autre problème se pose : où cultiver les microalgues ? La culture en désert semble être une proposition intéressante, mais seuls des tests à échelle réelle pourrait permettre de vérifier l'utilité d'un tel dispositif. En outre, les expériences rapportées par exemple au Nouveau Mexique montrent que l'impact du froid nocturne et que les conséquences des fortes températures et de l'évaporation diurne dans les déserts peuvent être désastreux.

− Aujourd'hui on ne dispose donc pas d'une méthode fiable à grande échelle pour extraire les microalgues

− Les microalgues sont très sensibles aux fortes illuminations, et les rendements décroissent rapidement avec l’intensité lumineuse, si bien qu’en pratique il est très difficile d’atteindre les rendements théoriques . Des recherches sont nécessaires pour placer et maintenir les organismes dans des conditions optimales, en utilisant notamment des systèmes de régulation et de contrôle automatisés, sur le même principe que ceux qui peuvent exister pour des serres.

Sur les plans écologique et économiques, des problèmes apparaissent :

− Comment mesurer en cas de succès, l’impact de milliers d’hectares de culture d’algues sur la géographie des zones humides?

− Les apports en oligoéléments et vitamines sont souvent négligés dans la plupart des études et doivent être quantifiés de même que l'ajout et le devenir de la silice dans le métabolisme des diatomées

− De même, de part les proportions très élevées d’azote et de phosphore dans la biomasse, il faut pouvoir recycler et/ou valoriser l’azote et le phosphore organiques (qui ne se retrouvent pas dans l’huile biocarburant), faute de quoi le bilan pourrait être lourd tant en terme environnemental que budgétaire.

− Compte tenu des techniques actuelles, on ne sait pas faire un biocarburant à moins de 10 euros le litre . La commercialisation ne sera donc possible que lorsque l'on aura trouvé la technique permettant d'extraire l'huile en utilisant un minimum d'énergie pour un prix acceptable.

− Enfin des études économiques sérieuses et un écobilan basé sur des analyses en cycles de vie, doivent être menés, à l'instar des ceux disponibles sur les biocarburants terrestres. Cet aspect est capital car les fortes productivités attendues sont à mettre en regard des besoins en eau, en azote et en phosphore ainsi que des investissements importants nécessaires.

− La culture de microalgues nécessite de très importants apports en engrais et en substances chimiques afin d'inhiber la croissance des bactéries et autres micro-organismes qui ont tendance à envahir les bioréacteurs ou les bassins.

− Les équipes qui travaillent sur le sujet utilisent des OGM. Que se passera-t-il si ces organismes sont libérés dans l'environnement ?

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Page 32: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

CONCLUSION

Les 200000 à 1 million d’espèces de microalgues représentent un immense potentiel. L’action de photosynthèse qu’elles ont commencé il y a des milliards d’années a permis à l’Homme d’exister. Aujourd’hui c’est ce même phénomène de photosynthèse qui les rend particulièrement attractives : elles se développent et en un temps très rapide et emmagasinent plus de CO2 qu’elles en rejettent.

Grâce à l’importante somme de connaissances déjà publiées sur le sujet, il est possible de mesurer la place évidente dont disposent les microalgues dans le domaine de l’énergie renouvelable et du stockage du CO2. Même si des chiffres enthousiastes sont avancés, (souvent par des start-up à la recherche de financeurs) les avantages des microalgues sont réels.

Elles comportent un taux parfois très élevé de triglycérides (jusqu’à 80 %). Or ces triglycérides nous permettent aujourd’hui de produire du biodiésel !

La première tâche des chercheurs a été de déterminer les espèces ayant le plus fort taux de triglycérides. Une fois cette question réglée, ils se sont alors heurtés à plusieurs problèmes :-Où cultiver les microalgues : la culture de microalgues étant réalisée en plein air, il faut donc

déterminer un lieu où les conditions climatiques correspondent aux conditions de vie optimales des microalgues.

-Quels milieux de cultures et quelles infrastructures : deux types d’exploitations permettent la culture de microalgues (raceway et photobioréacteur fermé), chacune possédant ces avantages et ses inconvénients, il faut maintenant déterminer avec lequel on obtient un meilleur rendement.

-Comment limiter les contaminations : chacune des manipulations (ajout de CO2 et de nutriments, récolte…) est un risque de contamination. A l’échelle de laboratoire, ces risques sont limités, mais si on cultive des quantités industrielles en plein air, il faut réfléchir à des moyens de limiter ces risques.

Puis ils ont recherché des moyens d’augmenter ce taux de triglycérides. Les chercheurs doivent maintenant trouver plusieurs compromis : - Rapport croissance/luminosité : une trop forte concentration de microalgues entraîne une

diminution de la luminosité dans le phtobioréacteur et donc une baisse de la croissance. Il faut à ce moment-là récolter les microalgues.

- Rapport taille des cultures / risques de contamination / productivité : sur une très grosse culture, la moindre contamination peut entraîner une perte financière énorme. Il faut donc savoir doser les risques et la taille des cultures pour produire de manière rentable du biocarburant sans craindre les contaminations.

Passé ces détails théoriques, il faudra déterminer le lieu idéal pour la culture des microalgues (le désert ?) et pour quel type de culture opter (raceway / PBR).

Puis se posent les questions de l'extraction des microalgues et des triglycérides. Il existe certes de nombreuses méthodes pour séparer les microalgues de leur milieu de culture (floculation, coagulation, filtration ou bien coagulation), mais aucune est viable économiquement et écologiquement à 100 % pour le moment. Cela obligerait les industriels à utiliser une

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Page 33: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

méthode d'extraction de l'huile ne nécessitant pas une séparation préalable, ce qui peut induire un surcoût du fait des volumes utilisés.

Puis viens l'étape qui promet d'être résolue le plus rapidement : l'extraction des triglycérides. Aujourd'hui, à l'échelle industrielle, il est plus courant d'utiliser un solvant chimique, comme l'hexane. Cependant cette méthode est peu respectueuse de l'environnement et peut être remplacée par la méthode au CO2 en mode supercritique, qui comporte de nombreux avantages, notamment d'extraire uniquement les lipides et d'être plus respectueuse de l'environnement. Dans le futur il est probable que cette méthode soit adoptée pour l'extraction des lipides des microalgues.

Enfin vient la transestérification. La transestérification, désigne la réaction des triglycérides avec le méthanol pour former du glycérol et un ester méthylique. Cette réaction est favorisée par des catalyseurs. A la suite de cette réaction on va récupérer du glycérol, revalorisable sous diverses formes, et un ester méthylique, qui après raffinage donnera du biodiésel.

De nombreux recyclages peuvent être effectués tout au long de ces étapes :

Lors de la récolte des microalgues, on peut réutiliser l'eau et le milieu de culture s'ils n'ont pas été contaminés. Ainsi on évite de puiser de l'eau à la fin de chaque culture.Lors de la l'extraction des triglycérides on peut séparer du reste de la microalgue les protéines et les sucres. Ces deux composants sont réutilisés comme nutriments dans le milieu de culture. Les sucres, après fermentation, deviennent de l'éthanol, qui peut aussi servir de carburant.Après la fin de la transestérification, les résidus de catalyseurs peuvent être utilisés pour une autre transformation. Le glycérol obtenu peut être vendu sous différentes formes : additif alimentaire, savon, dentifrice, cellophane, etc., mais après raffinage il peut aussi être réutilisé sous la forme de méthanol ou d'éthanol (catalyseur).Deux autres possibilités de recyclage ne sont pas présentées sur le document :

- Après raffinage l'ester méthylique peut être modifié sous forme de méthanol ou d'éthanol.

- Une partie de la biomasse non utilisée pour la fabrication du biodiésel peut être brûlée, ce qui produit de l'énergie d'une part, mais aussi du CO2 d'autre part, ce qui signifie que le couplage d'une centrale à microalgues et de cultures de microalgues peut être très intéressant.

On peut résumer les avantages et les inconvénients des microalgues de cette manière :

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Page 34: TPE Les Microalgues, carburants de demain ?

Avantages Inconvénients

- Pas de problèmes de sol (saison fertile, espace)

- Rapidité de développementTaux de croissance plus élevé pour les

microalgues que les autres biocarburants

- La productivité :3x plus importante que la canne à sucre30x plus importante que les oléagineux terrestres.

- 90 % rejet de gaz à effet de serre en moins que l’essence

- Possibilité de coupler avec une usine (recyclage de l’azote et du CO2)

− on ne connaît pas les impacts sur l'environnement que pourraient avoir la culture de microalgues :

− rejet d'azote et de phosphore− impact géographique− apports phytosanitaires− impact des OGM

− coût de production élevé (environ 1O € le L selon Shamash)

− compromis des facteurs pour obtenir un rendement optimal très compliqué et différent selon les espèces

− lieu de culture à déterminer− type de culture à déterminer− on ne sait pas comment extraire les

microalgues

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Les premiers travaux sur les microalgues remontent aux années 1970. Le choc pétrolier conduisit les Américains à se lancer dans la recherche. Mais quelque vingt ans plus tard, les autorités arrêtent net les financements : les travaux sont jugés non rentables au regard du prix du baril de pétrole. Il avoisine alors les 20 dollars alors que les microalgues ne sont jugées compétitives qu'aux alentours de 60 dollars le baril. Aujourd'hui le prix du baril de pétrole est retombé à 45$ le baril après avoir passé la barre des 100$ à plusieurs reprises. Si on fait la moyenne du prix du baril sur les 5 dernières années on obtient environ 70$. A vous de juger.

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Document annexe :

Projet Shamash :Production de biocarburants lipidiques

par des microalgues

Le projet Shamash est le projet français de valorisation des microalgues en biocarburants. Il regroupe sept laboratoires français.Ce projet, d'un budget total de 2,8 millions d'euros, a démarré en décembre 2006 et implique 7 équipes de recherche, issues de plusieurs organismes de recherche, INRIA, CNRS, IFREMER, CEA, CIRAD, et des universités de Nantes et d'Aix en Provence, ainsi que deux industriels, Valcobio et Alphabiotech.

Son but est de sélectionner des souches à forte productivité en lipides par la connaissance de leur écophysiologie ou encore par l’utilisation de la génomique.L’objectif est de réussir à cultiver ces microalgues en optimisant l’utilisation de la lumière solaire par des photobioréacteurs. L’objectif, c’est encore de préconiser des techniques d’extraction de l’huile de microalgues qui permettent d’obtenir un bon rendement tout en étant respectueuses de l’environnement. L’objectif, enfin, est de réussir à produire un biocarburant compétitif des autres filières existantes comme le colza ou bien le tournesol. Ce projet a encore a pour but la production de biocarburant sous forme d’ester de méthyl à partir de microalgues. Son objectif premier est d'évaluer la faisabilité technico-économique d'une telle filière, en créant une synergie entre les différentes expertises.

Ces recherches pourraient déboucher d'ici une dizaine d'années sur des productions industrielles de ce biocarburant de troisième génération.

Le projet Shamash commence dans le monde de l’expertise écophysiologique (IFREMER : Laboratoire de physiologie et biotechnologie des algues), qui est une des voies retenues pour sélectionner les algues les plus aptes à produire des lipides. Il faut respecter l’objectif déterminé, la production de biocarburant à base de microalgues. On teste alors la capacité de plusieurs espèces de microalgues à faire de l’huile, dans quelles circonstances… Ces algues peuvent-elles être cultivées en grande concentration ? Sont-elles faciles à centrifuger ? Cette entreprise fournit au projet Shamash la matière première qui est les microalgues. Le projet est d’abord parti d’une cinquantaine de possibilités de microalgues pour en arriver, au fur et à mesure des discussions, à une dizaine et enfin, à la décision de mettre l’accent sur certaines. Ce laboratoire est censé donner des queues de décisions, il fournit des informations et de la donnée qui permet au comité de pilotage Shamash de prendre des décisions comme de mettre accent sur une algue ou une autre en fonction des critères élaborés.

Une autre voie est aussi explorée pour sélectionner les meilleures algues possibles. (CEA : Laboratoire de bioénergétique et biotechnologie des bactéries et microalgues) Il s’agit d’utiliser les informations contenues dans le génome de certaines algues. Avec une algue verte dont le génome a été séquencé, une algue non conne pour faire de lipides, tandis que son génome montrait qu’elle avait tous les outils, tous les acteurs nécessaires et suffisants à la production de lipide. Ainsi on peut faire des suppositions sur ses capacités à faire des lipides. Dans le projet Shamash, l’idée originale est de cribler une sélection des souches d’algues ou des mutants d’algues avec un colorant, le Nile red, et on observe ainsi une fluorescence caractéristique de lipides neutres. Ce laboratoire a étudié quelques mutants disponibles, ces mutants là ne faisant pas de sucres, peut-être font-ils des lipides à la place comme molécules énergétiques. De plus

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à l’observation au microscope électronique, ils ont observé la présence à l’intérieur de ces algues de 70% à 80% de gouttelettes lipidiques, ce qui est encourageant pour la production de lipides.

Pourtant, avant d’obtenir un biocarburant, la route est encore très longue, car si le choix des microalgues établi au laboratoire est primordial, il faut encore montrer que les souches sélectionnées sont exploitables sur le terrain. (Laboratoire d’océanographie de Villefranche) Pour accroître et optimiser la teneur en lipides de ces microorganismes, il faut d’abord les stresser, ce qui provoque une accumulation de lipides dans les cellules, mais, cela ralentit leur croissance, or, comme à terme la production est la résultante de ces deux choses, il y a donc un optimum à trouver, il faut donc jouer sur les paramètres de croissance pour déterminer sa culture. Ensuite, on utilise cette information pour alimenter des modèles mathématiques. La spécificité de ce laboratoire est d’apporter ces informations pour la validation de ces modèles mathématiques. Un autre paramètre essentiel pour la modélisation concerne la composition même de l’huile qui pourra être récolter. Sur cette analyse, la composition en lipides de notre algue, on retrouve des petites quantités de cholestérol, des phospholipides non exploitables directement comme des biocarburants, et on coir surtout que l’algue étudiée à accumuler de fortes quantités de triglycérides qui sont donc des lipides directement injectables dans un moteur et exploitables comme biocarburants.

On a vu la complexité des mesures à mettre en œuvre pour sélectionner une algue idéale.

L’aspect pionnier du projet, apparaît aussi plus clairement, avoir mis des mathématiques au centre de tout cela. (INRIA : Contrôle et modélisation de ressources renouvelables) En fonction de l’état interne des microalgues, en fonction de leur stock en azote, elles vont produire à chaque instant, suivant le flux de photons, (intensité lumineuse) une certaine quantité d’huiles. Cela décrit finalement au cours du temps, la capacité de ces algues, de manières dynamiques, à synthétiser les lipides. C’est la productivité en huile et l’évolution de cette productivité au cours du temps en fonction des variables internes des microalgues.Grâce à un simulateur, on évite des expériences lourdes et coûteuses, au lieu d’en réaliser une cinquantaine en laboratoire, on en fait des milliers sur ordinateurs.

On réunit toutes les conditions nécessaires à la photosynthèse (le processus par lequel se développent les microorganismes photosynthétiques). Le laboratoire apporte les conditions telles que température, milieu de culture, favorable, mais également la lumière (GEPEA : Génie des procédés environnement agroalimentaire) d’où le terme photo de photobioréacteur. Pour une souche jugée intéressante au sein du programme, ils ont terminé par une étude l’optimum croissance en terme de lumière, de milieu à utiliser pour atteindre des hautes concentrations, ainsi que la phase propre à la production de, lipides qui est la recherche d’un protocole pour cette souche. Il faut savoir qu’il existe un grand nombre d’algues au potentiel intéressant dans la production de lipides, et aller trop vite dans le choix de ces souches risque de faire rater au projet peut-être la souche idéale. Ils construisent des bioréacteurs en petits formats, qu’ils valident pour pouvoir plus tard en construire de très grand sans avoir besoin de les valider à nouveau.

Il faut en parallèle, mettre au point des procédés pour concentrer les algues dans leur milieu puis pour en extraire l’huile tout en respectant l’environnement. (CIRAD : Laboratoire de Génie des Procédés et d’élaboration de Bioproduits) Cette entreprise traite les solutions aqueuses par séparation membranaires. Ils étudient la possibilité de concentrer la biomasse algale en utilisant les techniques séparatives membranaires. La concentration des algues est très faible dans ce milieu, inférieur à 1g/L, ils espèrent la

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concentrer à des taux beaucoup plus importants pour par la suite, obtenir la biomasse algale sèche.

Pour procéder par la suite à l’extraction de l’huile, une technique très prometteuse est mise en avant, l’utilisation du CO2 super critique (Université Paul Cézanne d’Aix en Provence : Laboratoire Modélisation Mécaniques et Procédés Propres). Le CO2 super critique est du CO2 sous pression et sous certaines conditions de température, c’est un procédé propre, qui n’émet aucun rejet et qui ne nécessite pas l’usage de solvant organique. Après une campagne expérimentale au laboratoire, ils ont obtenu des rendements maximaux dans des conditions opératoires envisageables à l’échelle industrielle.

Un dernier paramètre doit être pris en compte, il s’agit de la qualité du carburant. (CIRAD : Laboratoire de Génie des Procédés et d’élaboration de Bioproduits) Il existe des spécifications nécessaires aux produits pétroliers comme les non-qualités du carburant. Ceci permet alors de le comparer avec le carburant des autres huiles végétales. (colza…) Après ils pourront faire des essais moteurs pour mesurer la consommation, le rendement, la puissance, l’émission à l’échappement, tout ce qui est normalisé, pour enfin en conclure que c’est un bon carburant ou bien qu’il reste des choses à améliorer.

Il faudra encore quelques années pour que ce nouveau biocarburant devienne économiquement compétitif, et puisse voir le jour à l’échelle industrielle.

Sélectionner les variétés d'algues les mieux adaptées, étudier les paramètres de leur croissance, analyser la composition de l'huile, définir les modalités d'extraction, vérifier la qualité du carburant produit... à chacun de ces stades, modélisation et expérimentation se répondent pour choisir les meilleures solutions.

Ces laboratoires cherchent à comprendre et de quantifier les mécanismes physiologiques sous-jacents, afin de définir les conditions optimales de production d’huile tout en maintenant une forte croissance des algues. La modélisation numérique est pour cela un élément capital.

Le stockage de lipides résulte d’un déséquilibre transitoire entre le flux de carbone issu de la photosynthèse et le flux d’autres éléments nécessaires à la croissance (phosphore ou azote). La cellule, qui est carencée en l’un de ces éléments, n'interrompt pas immédiatement l’acquisition du CO2 nécessaire à la photosynthèse, alors qu’elle ne peut pas l’utiliser pour construire des protéines puisque, par exemple, l’azote est manquant. Elle doit donc stocker ce flux, et chez certaines espèces, ce stockage a lieu principalement sous forme de lipides.Les recherches menées ont pour objectif de calculer les conditions de stress à appliquer pour stimuler cette production de lipides.

Les chercheurs ont développé des modèles capables de prédire, en fonction des réserves de la cellule et de son environnement, le flux de carbone qui sera stocké sous forme d’huile. Ce modèle dynamique est ensuite utilisé, à l’aide de techniques issues du contrôle optimal, pour calculer, à chaque instant, le stress nutritionnel à imposer à la cellule. Les calculs doivent nécessairement tenir compte du fait qu’une carence nutritive peut réduire ou même arrêter la croissance des microalgues.Il faut donc trouver un compromis entre l’accumulation d’huile (due à la carence en azote) et une croissance forte (qui nécessite une quantité élevée d’azote). Ce compromis permettra d’optimiser la productivité, en calculant les conditions optimales qui maintiennent ces microorganismes dans un état qui, bien que non naturel, est favorable à la production d'huile.

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Tenir compte de la luminosité

La croissance des microalgues sous l'effet de la lumière s'effectue de façon contrôlée dans des photobioréacteurs. Lorsqu’on cultive ainsi des microalgues en photobioréacteur, on cherche généralement à obtenir des cultures très denses afin d'intensifier la concentration en huile. Mais un problème se pose alors, étant donné que les algues contiennent des pigments, lorsque le nombre de microalgues est important, celles placées au centre ne reçoivent plus assez de lumière, ce qui limite leur croissance tandis que celles situées aux périphéries en reçoivent bien trop et sont même obligées de dépenser de l’énergie pour s’en protéger.

Réguler les concentrations en CO2 et en O2

Pour atteindre des taux de croissance élevés en photobioréacteurs, il faut que la teneur en CO2 dans le milieu de culture ne soit jamais trop faible. Il faut plus qu’une circulation d’air, il est nécessaire d’ajouter une autre source de CO2. (on peut très bien utiliser du gaz carbonique produit par des centrales thermiques ou autres.) Mais le CO2 acidifiant le milieu, cela peut entraîner la mort des algues. Il faut donc réguler l’apport en CO2 en fonction des biomasses des microalgues et de leur état (par exemple, la nuit, elles ne consomment pas de CO2).

De plus, une consommation de CO2 au cours de la photosynthèse, signifie qu’il existe une production d’oxygène (légèrement supérieure à celle du CO2 consommé). L’Oxygène en trop forte présence est toxique pour la croissance des microalgues, il faut donc en diminuer la concentration

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Lexique

Acide gras : Un acide gras est une molécule formée d'une chaîne de carbones liés à des hydrogènes (un hydrocarbure en chimie organique) terminée par un groupement acide : COOHAcroléine :L’acroléine est une substance chimique de formule brute C3H4O aussi connu sous le nom d’acraldéhyde. Elle est produite de la dégradation de l’huile, par exemple à la cuisine.Biocarburant : Un biocarburant (ou agro carburant) est un carburant produit à partir de matériaux organiques renouvelables et non-fossiles.Biodiesel : Carburant composé d’esters obtenus en mélangeant de l’huile végétale (extraite du colza, du soja ou du palmier à huile) avec un alcool ; éventuellement associé à du gazole.Bioéthanol : Alcool obtenu à partir de sucres extraits de végétaux (canne, céréales). On peut l’associer à l’essence, dans une proportion variant de quelques pour-cent à plusieurs dizaines.Biomasse : Matières organiques (d'origine vivante) constituant une source d'énergie renouvelableCentrifugation : Technique utilisant la force centrifuge pour séparer des fluides de densités différentes ou pour isoler des éléments solides en suspension dans un fluide. Permet de séparer les éléments d'un mélange en le faisant tourner à grande vitesse.Cellulose : Chaîne de molécules de glucose entrant dans la composition de structures végétales tel que le bois.Coagulation : Transformation d'une substance liquide en une substance solideCO2 Supercritique : Un fluide supercritique est un fluide pour lequel il n'y a plus de transition entre une phase liquide et une phase gazeuse. Le CO2 supercritique sert de solvant pour des extractions (parfums, aromes, café décaféiné ...).Cyanobactérie:Micro-organisme unicellulaire sans noyau, encore appelé algue bleue.Diatomée : Microalgue unicellulaire planctonique vivant en milieu aquatique et enveloppé d’n squelette externe siliceux.Enzyme : Molécule ou ensemble de molécules (protéines, ou ARN) qui catalysent des réactions chimiques biologiques.Enzyme Rubisco :. Enzyme principale sur Terre qui permet la fixation du carbone du CO2 dans la matière organique.Eucaryotes:Etres vivants formés de cellules contenant un vrai noyau.Filtration :La filtration est la séparation d’un solide contenu dans un liquide par la force gravitationnelle. Floculation :

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La floculation est le rassemblement de fines particules dans l’eau après l’ajout de coagulants ou de floculants chimiques pour former des particules plus grandes.Gazole : Le gazole (ou gasoil) et le nom d’un carburant. C’est un fioul léger issu du raffinage du pétrole.Hydrolyse : Décomposition de composés chimiques par l’eau.Lipide : Ensemble des corps gras (graisses) ou des substances contenant des acides gras.Microalgues : Algues microscopiques unicellulaires ou pluricellulaires. Ce sont des micro-organismes photosynthétiques séparés en deux groupes : les eucaryotes et les procaryotes (diatomées, chlorophycées etc.).Milieu de culture : Support qui permet la culture de cellules, de bactéries, de levures, de moisissures afin de permettre leur étude. Généralement sous forme de gélose ou de liquide. Oléagineux : Les oléagineux sont des plantes cultivées pour la richesse en huile de leurs graines ou de leurs fruits. Les graines oléagineuses sont également riches en protéines.Pétrole : Combustible fossile, extrait du sol, qui, après raffinage, donne l'essence, le gazole, le bitume, etc. ou sert à fabriquer les matières plastiques.Photobioréacteur : Un photobioréacteur est un bioréacteur qui inclut une source de lumière. Ce terme désigne communément un système fermé, par opposition au système ouvert de type Raceway.Polyphylétique : Qualifie un groupe systématique non naturel, rassemblant des taxons ne partageant pas tous un ancêtre commun.Procaryote : Membre appartenant au large groupe d'organismes, comprenant les bactéries et les cyanobactéries, dans lequel le chromosome n'est pas enfermé dans un noyau, mais par contre il existe sous forme de brin linéaire ou circulaire.Photoinhibition : Inhibition de la photosynthèse causée par de trop fortes intensités lumineuses. Pyrolyse : Destruction d’une matière organique par la chaleur.Rendement photosynthétique : Rapport entre l’énergie lumineuse incidente et l’énergie stockée dans la plante.Sheehan : Projet de recherche américain des années 90. Elle tient son nom de son directeur John Sheehan.Taxon : Entité conceptuelle qui est censée regrouper tous les organismes vivants possédant en commun certains caractères qui appartiennent à la méthode cohérente et complète de classification des êtres vivants dans un système déterminé.Transesterification : Transformation d'un ester et d'un alcool en un autre ester et autre alcool.Triglycérides : Lipide composé de trois molécules d’acide gras reliées à une molécule de glycérol.

Vivant dans les milieux fortement aqueux, elles peuvent posséder une mobilité flagellaire.

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BibliographieAvant propos

CarburantsDictionnaire encyclopédique Hachette 2000http://fr.wikipedia.org/wiki/http://culturesciences.chimie.ens.fr/dossiers-chimie-societe-article-

Carburants_Source_d_Energie_Chimique_Demirdjian.htmlGénérations de carburants

http://www.vedura.fr/environnement/transports/biocarburant-deuxieme-generationhttp://www.enviro2b.com/ Article la France met le cap sur la deuxième génération de biocarburants.

AlgocarburantSite officiel du projet Shamashhttp://fr.wikipedia.org/wiki/algocarburanthttp://www.nature.com/article/oilgae

Présentation des microalgues

http://www.spirulinet.combio-forme.frhttp://students.chem.tue.nl/ifp23/interim_report/algae.htmlwww.petrosuninc.comwww.biofields.comwww.greenfuelonline.comhttp://www.oilgae.comhttp://www.altdotenergy.com “Tubular photobioreactor design for algal cultures”, Molina E., Frenandez E. Acien, F.G et Chisti Y.,

article du Journal of Biotechnology 2001n° 92 pages113-131.“A look back at the U.S. Department of Energy's aquatic species program—biodiesel from algae”,

Sheehan J, Dunahay T, Benemann J, Roessler P (1998) , NREL/TP-580-24190. U.S. Department of Energy's Office of Fuels Development.

Le Monde, article [archive] de Pierre Le Hi, paru dans l'édition du 22 Octobre 2008.Le Figaro, article de Marielle Court, 7 Janvier 2009 “Des microalgues pour faire rouler les voitures”.

Fabrication du biodiesel

« La production de biocarburant lipidique avec des microalgues : promesses et défis », article paru dans le journal de la société de biologie

« Research review paper Biodiesel from microalgae » de Yusuf Chisti, de l’ « Institute of Technology and Engineering » de l’université de Massey, Nouvelle-Zélande.

« Biodiesel from microalgae beats bioethanol » de Yusuf Christi, paru dans « Trends in biotechnology », vol.26, n°3

« Biodiesel from microalgae : complementarity in a fuel development strategy » de Lewis M. Brown du National Renewable Energy Laboratory de Golden au Colorado.

« Newsletter de 03/2007 » IKA.net« Algae Corrals Carbon Dioxide » de Cary Bullock, ENERGYBIZ magazine Mars/avril 2007

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Sites de sociétés effectuant des recherches sur les microalgueshttp://www.petroalgae.comhttp://www.greenstarusa.comhttp://www.greenfuelonline.comhttp://www.oilgae.com/algae/har/har.html

Les Inconvénients et Avantages

3- http://www-sop.inria.fr/comore/shamash/ Bernard_BiodieselMicroalgues_2008.pdf4- http://www.ifremer.fr/docelec/doc/1997/rapport-1092.pdf5- http://www.novethic.fr/novethic/v3/article.jsp?id=1092996- http://www.greenfuelonline.com/news/Biofutur.pdf7- La Lettre Techniques de l’ingénieur , article n°14 paru en mars 20088- Sciences et Vie , article n° 1097 Février 2009

Lexique

http://www.algosource.com/images/microalgue2.jpgDictionnaire encyclopédique Hachette 2000La Lettre Techniques de l’ingénieur , revue, dossier spécial énergie renouvelable marinehttp://www.fao.org/DOCREP/003/X3910E/X3910E06.htmhttp://www.nsc.org/EHC/glossary.htmhttp://www.oilgae.com/ref/glos/filtration.html

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