Comment fonctionne l'algaculture

Les algues, montrées ici flottant au sommet d'un étang, peuvent sembler humbles, mais ont le potentiel de contribuer à changer l'industrie de l'énergie - si seulement nous trouvons des moyens efficaces de les cultiver. Hemera / Thinkstock

Quand une mauvaise herbe n'est-elle pas une mauvaise herbe? La réponse simple est: quand il s'agit d'algues. Aujourd'hui, les algues - qui peuvent prendre la forme d'une mauvaise herbe en suspension dans l'eau ou d'une écume d'étang ordinaire - sont extrêmement prometteuses pour nous fournir tout, de l'alimentation animale au carburéacteur..

Algaculture est la culture commerciale d'algues. Les algues (le singulier est «algue», le latin «algue», mais vous en trouverez rarement une) sont de simples plantes vertes qui poussent dans l'eau. Leur couleur verte signifie qu'ils produisent leur propre nourriture par photosynthèse, tout comme l'herbe, les arbres et le maïs. Les algues se présentent sous deux formes principales. Macroalgues sont des algues. Le varech atteint plus de 55 mètres de long dans l'océan [source: Edwards]. Nori est la variété que vous trouverez enroulée autour de vos sushis. Microalgues sont de minuscules plantes unicellulaires qui flottent dans l'eau, chacune visible uniquement à travers un microscope.

L’algaculture n’a rien de nouveau. Les algues marines ont été cultivées pour la première fois au Japon il y a au moins 1 500 ans et la production d'algues y est toujours une activité importante [source: Guiry]. La dulse a longtemps été consommée dans les îles britanniques et les microalgues spirulines ont été récoltées par les Aztèques du Mexique du XVIe siècle. En plus de fournir de la nourriture humaine, les algues ont été utilisées comme engrais. Ils fournissent l'épaississant alimentaire carraghénine et d'autres agents gélifiants et stabilisants qui apparaissent dans tout, de la soupe au dentifrice. Dans le monde, la production d'algues représente 6 milliards de dollars [source: Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture].

Aujourd'hui, les algues suscitent un nouvel intérêt et des investissements de recherche en raison de leur potentiel à fournir de l'énergie et à lutter contre les menaces environnementales. Une partie de la masse organique d'algues prend la forme d'huile, qui peut être extraite et convertie en carburant biodiesel. Les algues battent haut la main les plantes terrestres par l'efficacité avec laquelle elles produisent de l'huile. Certaines variétés d'algues produisent une huile qui peut être raffinée en essence et même en carburéacteur. La portion glucidique des plantes peut être fermentée pour la production d'éthanol.

Les algues peuvent convertir les déchets de dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre qui s'écoule des cheminées, en produits utilisables. Ils peuvent aider à nettoyer l'eau sale, en convertissant les polluants en biomasse. Ils ont des utilisations supplémentaires dans les produits pharmaceutiques et cosmétiques.

Avec tout ce potentiel, cette «herbe» semble certainement mériter un examen plus attentif.

Contenu

1. La promesse des algues
2. Culture commerciale d'algues
3. Récolte et traitement des algues
4. Les nombreuses utilisations des algues
5. Note de l'auteur

Pourquoi les algues ont-elles suscité l'enthousiasme et attiré des investissements dans la recherche ces dernières années? Comme toutes les plantes vertes, les algues contiennent chloroplastes dans leurs cellules. Ces minuscules structures sont chargées de chlorophylle, une molécule qui utilise l'énergie lumineuse pour combiner le carbone et l'eau en un simple sucre. Les cellules transforment en outre certains de ces sucres en protéines et lipides ou huile.

Mais si les algues font la même chose que le maïs, le blé et les pommiers, pourquoi se donner la peine de les élever? Après tout, le maïs en épi, les petits pains sucrés et la tarte aux pommes ont meilleur goût que les algues pour la plupart d'entre nous. Voici quelques-uns des avantages des algues:

• Productivité: Les algues poussent très rapidement. Les plantes terrestres mettent des mois ou des années à arriver à maturité. Les algues peuvent terminer leur cycle de vie complet en une seule journée. Certaines algues peuvent doubler leur biomasse en une heure seulement [source: Jha].
• Efficacité: Lorsqu'il s'agit de convertir l'énergie solaire en biomasse, les algues sont toutes des affaires. Parce qu'ils sont soutenus par et prennent leurs nutriments directement de l'eau, ils n'ont pas besoin de racines, de tiges ou de fleurs. Les plantes terrestres utilisent jusqu'à 95% de leur énergie pour construire les structures dont elles ont besoin pour se soutenir, se nourrir et se reproduire [source: Edwards].
• Concentration: En raison de leur efficacité, les algues peuvent être cultivées dans un espace très concentré. Ils produisent jusqu'à 100 fois plus de pétrole par acre que les plantes terrestres [source: Edwards].
• Polyvalence: On estime qu'il existe plus de 70 000 espèces d'algues, dont beaucoup ne sont pas encore classées [source: Guiry]. Les producteurs peuvent choisir ceux qui conviennent aux conditions et aux objectifs, en sélectionnant des variétés pour une plage de température spécifique ou la salinité de l'eau, par exemple.
• Non-concurrence: Les algues ne sont pas en concurrence avec les cultures actuelles pour la terre ou l'eau douce. Ils peuvent être cultivés dans des étangs dans des endroits, comme les déserts, qui ne contiennent pas de plantes terrestres. Certaines variétés préfèrent l'eau saline ou polluée.

Attirés par tous ces avantages, les cultivateurs d'algues ont travaillé avec diligence pour trouver des moyens efficaces et économiques de cultiver et de récolter les plantes. Le facteur coût est actuellement le grand défi à relever pour rendre les algues commercialement viables.

Toute algaculture nécessite trois principes de base: l'eau, la lumière et les nutriments.

L'eau est la plus simple. Il n'a pas besoin d'être potable; différents types d'algues poussent bien dans l'eau douce, l'eau salée et l'eau sale. La lumière du soleil, parce qu'elle est gratuite, est la lumière préférée. Mais la lumière du soleil atteint seulement 3 ou 4 pouces (7 à 10 centimètres) dans une masse d'algues, les cultivateurs doivent donc agiter les algues pour les exposer entièrement à la lumière [source: Chemeurope.com]. Le principal nutriment est le dioxyde de carbone, qui peut provenir de l'air ou d'une autre source. L'agitation ou le bouillonnement le dissout dans l'eau. Le producteur doit fournir d'autres nutriments, comme l'azote et les oligo-éléments, s'ils ne sont pas déjà dans l'eau.

Il existe trois systèmes de base pour la culture des algues, chacun avec ses avantages et ses inconvénients:

1. Étang ouvert: Le moyen le plus simple et le moins cher de cultiver des algues est dans de grands étangs peu profonds. L'eau est souvent divisée en voies concentriques ou chemins de roulement, avec des roues à aubes pour déplacer le mélange d'algues en cercle. Cela aide à amener les algues à la surface, où elles sont exposées à la lumière, et mélange les nutriments et le dioxyde de carbone dans le liquide. La méthode en bassin ouvert produit moins de biomasse d'algues que les autres méthodes. Il perd de l'eau à l'évaporation, il faut donc en ajouter davantage. Et il permet la contamination par des prédateurs ou des algues indésirables.
2. Bassin fermé: Cette méthode est similaire à un étang ouvert, mais l'eau est couverte par une serre en plexiglas. Cela augmente le coût, mais permet un meilleur contrôle du processus. Il réduit l'évaporation et la contamination et prolonge la saison de croissance. Les producteurs peuvent élever des algues toute l'année si l'espace est chauffé.
3. Biophotoréacteur: Système complètement fermé, le biophotoréacteur est constitué de tubes en verre ou en acrylique où les algues sont exposées à la lumière. Les pompes déplacent l'eau, les nutriments et les algues à travers les tubes et les réservoirs de stockage. Certains réacteurs récoltent automatiquement les algues lorsqu'elles sont prêtes. Cette approche donne aux producteurs le meilleur contrôle sur le processus et le moyen le plus efficace de produire de la biomasse d'algues. Mais c'est aussi le plus coûteux à mettre en place et à exploiter.

Tous ces systèmes sont conçus pour la culture de microalgues, les variétés unicellulaires qui flottent dans l'eau. Les producteurs cultivent généralement des macroalgues en pleine mer. L'eau contient déjà les nutriments dont les algues ont besoin et offre de bonnes conditions de croissance. La méthode traditionnelle consistait simplement à récolter des algues sauvages, et cela se fait encore dans les zones côtières du monde entier..

Avec une demande accrue, les producteurs ont commencé à cultiver des algues. Pour certaines variétés, comme le varech, les spores sont attachées à des cordes qui sont ensuite ancrées dans l'océan et les algues peuvent pousser. D'autres types se développent à partir de morceaux d'algues fixés sur des filets ou déposés dans des piscines.

L'agriculture existe depuis 10 000 ans [source: Lienhard]. L'algaculture est relativement nouvelle. Les scientifiques et les ingénieurs étudient activement les meilleurs moyens d'élever efficacement les algues. La récolte des plantes est un autre sujet de recherche intense.

Contrôle des variables

Le producteur d'algues doit contrôler deux variables importantes pour obtenir une bonne récolte. Le niveau de pH de l'eau est important - les algues préfèrent un pH de 7 à 9 - légèrement alcalin. La température est également critique. Les algues poussent principalement entre 60 et 80 degrés Fahrenheit (16 à 27 degrés Celsius) et différentes espèces ont des préférences différentes [source: oilgae.com].

Un travailleur empile des paniers d'algues récoltées au bord de l'eau. iStockphoto / Thinkstock

Récolter des microalgues signifie retirer les plantes microscopiques de l'eau dans laquelle elles poussent et les concentrer en une pâte. Le producteur doit ensuite éliminer l'humidité, laissant une biomasse dense. La taille infime des microalgues pose un problème lors de la récolte.

Une méthode est filtration. Le producteur peut faire passer l'eau contenant les algues à travers une membrane de cellulose dont les pores sont plus petits que les cellules d'algues. Cela peut être difficile car les filtres se remplissent rapidement d'algues et se bouchent. Les chercheurs recherchent de meilleures façons de filtrer efficacement les algues.

Floculation, une autre méthode de récolte, consiste à rassembler les algues. L'ajout de produits chimiques ou de types d'algues qui s'agglutinent naturellement peut amener les microalgues à former des amas qui deviennent plus faciles à rassembler.

Une autre façon de récolter les algues est de flottation. Ici, le producteur utilise de l'air comprimé pour créer une mousse de bulles et d'algues qui ramène les minuscules plantes à la surface où elles peuvent être écrémées..

Une centrifugeuse est encore une autre méthode de récolte. Faire tourner un récipient rempli d'eau et d'algues provoque la collecte des algues à une extrémité.

Afin de récolter leurs cultures le plus efficacement possible, les producteurs d'algaculture combinent parfois ces méthodes. Ils peuvent utiliser la floculation pour former des amas d'algues, puis les séparer avec une flottation ou une centrifugeuse. Trouver un moyen vraiment efficace de récolter les microalgues est une clé pour réduire le coût de la culture.

La récolte des macroalgues pose différents problèmes. La récolte d'algues sauvages est un processus à forte intensité de main-d'œuvre. Certains types d'algues cultivées dans des conditions contrôlées peuvent être rassemblés dans des filets. Le varech élevé sur des cordes peut être tiré et suspendu pour sécher. Les forêts de varech dans les mers peu profondes peuvent être tondues par des machines, en enlevant les sommets des lits de varech sous-marins.

Une fois récoltées, les algues doivent être vidées de leur eau et séchées. Une centrifugeuse peut évacuer l'eau, mais elle est relativement coûteuse. Certains systèmes combinent récolte et traitement, épandant les algues sur des filtres à bande qui laissent l'eau s'écouler, puis en éliminant plus d'eau à l'aide d'un milieu capillaire qui extrait l'eau de la biomasse d'algues..

L'étape suivante consiste à briser les parois cellulaires des algues afin d'en extraire l'huile à l'intérieur. Les algues sont soumises à une presse à vis ou à piston. Des produits chimiques, des impulsions électromagnétiques ou des ultrasons peuvent également être utilisés pour décomposer les cellules. Une fois l'huile évacuée, la biomasse restante est comprimée en un tourteau à utiliser comme complément alimentaire pour animaux ou comme engrais.

Les algues ont trouvé un large éventail d'utilisations, les plus intéressantes dans le domaine de l'énergie.

Le buzz à propos des algues est que c'est une source idéale d'énergie renouvelable et pourrait être le carburant vert ultime. Des recherches menées par le gouvernement américain et des entreprises comme Boeing, Chevron et Honeywell développent des moyens de faire de l'algaculture une base économiquement viable pour une nouvelle génération d'énergie [source: Chemeurope.com]. Une partie de l'attraction est la gamme de carburants dans lesquels les algues peuvent être converties.

• Le biodiesel est le moyen le plus simple d'exploiter le potentiel énergétique des algues. Comme toute huile végétale, l'huile d'algues peut être transformée chimiquement en carburant biodiesel. Par rapport aux plantes terrestres comme le soja ou le maïs, les algues utilisent moins de terre et d'eau douce, poussent plus vite et ont des concentrations d'huile plus élevées.
• Carburants de transport raffinés sont un autre domaine prometteur pour les algues. Certaines algues produisent de l'huile qui peut être raffinée en essence ou même en carburéacteur, et sans les composés soufrés et azotés du pétrole. Les fabricants peuvent le transformer dans les mêmes raffineries que le stock à base de pétrole. En 2011, le premier vol à réaction commercial propulsé par de l'huile d'algue a volé de Houston à Chicago [source: Fehrenbacher].
• Éthanol, qui est couramment ajouté à l'essence, peut être produit à partir d'algues ainsi que de plantes terrestres. Outre l'huile, les algues sont constituées d'hydrates de carbone et de parois cellulosiques. Ces matières peuvent être fermentées par la levure en éthanol ou en alcool de grain.
• Méthane, l'ingrédient principal du gaz naturel, est produit lorsque les bactéries digèrent les algues. Carburant propre et polyvalent, le méthane peut être utilisé pour produire de l'électricité ou pour propulser des véhicules. Il représente une autre option de biocarburant pour les algues.

Les algues se développent en fait sur l'eau polluée, ce qui signifie qu'elles peuvent être utilisées pour le traitement des eaux usées. Les algues transforment les polluants des eaux usées municipales, industrielles ou agricoles en sous-produits utilisables comme les aliments pour animaux ou la biomasse pour la conversion en énergie. Les algues accumulent naturellement les métaux lourds pour être éliminés ou recyclés.

Parce que le dioxyde de carbone, le gaz à effet de serre qui contribue au changement climatique, est la nourriture préférée des algues, les plantes peuvent être utilisées pour captage du carbone. Ils convertissent le gaz en composés organiques de carbone à un rythme beaucoup plus rapide que les plantes terrestres. Une livre (453,6 grammes) d'algues consomme 2 livres (907,2 grammes) de dioxyde de carbone [source: Edwards]. Introduisez les gaz résiduaires d'une centrale électrique au charbon dans une masse d'algues, et ils les dévorent littéralement. Les gaz résiduaires peuvent être stockés en vue de leur élimination permanente de l'atmosphère, ou convertis en combustible pour réduire l'utilisation de combustibles fossiles.

Les algues continuent de jouer un rôle en tant que nourriture et suppléments humains. Les gens mangent des algues dans les salades et les sushis et prennent des suppléments à base de microalgues spiruline. Les algues fournissent des protéines complètes, des acides gras oméga-3 et des vitamines. Carageen est extrait d'algues rouges connues sous le nom de mousse d'Irlande et utilisé comme épaississant.

Les algues sont également utilisées comme aliments pour le bétail et pour les animaux marins comme les crevettes et les crustacés. La biomasse laissée après le traitement des algues peut parfois être appliquée comme engrais organique dans les champs agricoles. Les algues trouvent également des utilisations mineures dans les cosmétiques et les produits pharmaceutiques.

La recherche sur la culture, la récolte et le traitement des algues progresse sur de nombreux fronts. Compte tenu de son immense valeur, il ne fait aucun doute que cette simple «herbe» jouera un rôle croissant dans l'avenir de notre société et de notre économie.

Brut vert

S'il vous semble étrange d'imaginer que votre voiture fonctionne avec des algues, détrompez-vous. La matière première que nous convertissons aujourd'hui en essence s'est formée pendant des millions d'années à partir de proliférations d'algues qui se sont déposées au fond de la mer et étaient couvertes de sédiments. La chaleur et la compression ont transformé les minuscules plantes en pétrole brut. Les promoteurs de carburant à base d'algues l'appellent "brut vert" [source: Jha].

Avant de rechercher cet article, honnêtement, je ne savais pas que les algues et les algues étaient des formes différentes de la même petite plante verte. Je suis étonné du potentiel des algues dans tant de directions: nourriture, énergie, contrôle de la pollution. Des projets pilotes semblent apparaître partout, des expériences sur les algues dans le détroit de Long Island aux efforts de biodiesel en Virginie-Occidentale à un projet d'absorption de carbone dans l'Oregon. J'ai eu l'impression que nous sommes peut-être au bord d'une révolution des algues.

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• Algue

Sources

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• Edwards, Mark. «La minuscule usine qui a sauvé notre planète», Algae Industry Magazine. 24 avril 2010. (24 août 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/part-one-the-tiny-plant-that-saved-our-planet/
• Edwards, Mark. "Quels sont les avantages compétitifs d'Algae?" Magazine de l'industrie des algues. 26 mai 2010. (24 août 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/what-are-algaes-competitive-advantages/
• Edwards, Mark. «Pourquoi les algues sont-elles le moyen le plus efficace de capter l'énergie solaire pour la production alimentaire et énergétique?», Algae Industry Magazine. 29 septembre 2010. (24 août 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/algae-101-part-13-why-is-algae-the-most-effic-way-to-capture-solar -énergie-pour-la-production-alimentaire-et-énergétique /
• Fehrenbacher, Katie. «Le kérosène d'algues de Solazyme alimente le vol United», Gigaom, 7 novembre 2011. (24 août 2012) http://gigaom.com/cleantech/solazymes-algae-jetfuel-powers-united-flight/
• Département des pêches et de l'aquaculture, Nations Unies. «Introduction aux algues commerciales». (24 août 2012) http://www.fao.org/docrep/006/y4765e/y4765e04.htm
• Guiry, Michael D. "Combien d'espèces d'algues y a-t-il?" Journal of Phycology, juin 2012. (24 août 2012) http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1529-8817.2012.01222.x/abstract
• Guiry, Michael D. "Le site des algues: informations sur les algues marines: introduction." (24 août 2012) http://www.seaweed.ie/aquaculture/introduction.php
• Jha, Alok. «Le pétrole des algues promet un carburant respectueux du climat», The Guardian, 31 juillet 2008. (24 août 2012) http://www.guardian.co.uk/environment/2008/jul/31/biofuels.travelandtransport
• Lienhard, John H. «Inventing agriculture», Engines of Our Ingenuity, n ° 540. (24 août 2012) http://www.uh.edu/engines/epi540.htm
• Mehta, SK et Gaur, JP. «Utilisation d'algues pour éliminer les ions de métaux lourds des eaux usées: progrès et perspectives». Examens critiques en biotechnologie. Vol. 25, n ° 3. pp. 113-152. Juillet-septembre 2005. (3 septembre 2012) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16294830
• oilgae.com. «Culture d'algues». (24 août 2012) http://www.oilgae.com/algae/oil/biod/cult/cult.htmlhttp://www.oilgae.com/algae/oil/biod/cult/cult.html