SITIOSOLAR - Les biocombustibles provenant de micro-algues

Le modèle énergétique actuel, basé principalement sur le pétrole ou sur d’autres combustibles fossiles, commence à être périmé. Les problèmes qui dérivent de son utilisation, comme l’impacte négatif sur l’environnement qui a pour conséquence le réchauffement globale, l’instabilité des prix, l’épuisement progressif des réserves y les conflits géopolitiques, ont provoqué ces dernières années une course contre la montre pour trouver des sources d’énergies alternatives et renouvelables afin d’échapper à la dépendance du pétrole, de nos actuelles sociétés industrialisées.

L’énergie éolienne qui est déjà économiquement viable, ainsi que l’énergie solaire (thermique, thermoélectrique et photovoltaïque) dont les progrès constants ces dernières années sont prometteurs, semblent être à la tête de cette nouvelle phase énergétique. Toutefois, une nouvelle option peut les complémenter : la culture des micro-algues pour produire des biocombustibles.
La production de biocombustibles à partir de micro-algues présente de nombreux avantages et complémente les autres énergies renouvelables car elle apporte une solution à un problème jusque là difficile à résoudre : l’obtention d’un combustible à la fois économique et soutenable.

Un bon nombre d’entreprises s’occupent déjà du développement de ces techniques et on envisage l’apparition des premières centrales de production en masse vers 2012.

Processus biologique des microalgues, captation de l'energie du soleil

Les micro-algues sont des organismes qui vivent dans l’eau (eau douce ou eau salée) ou dans des milieux terrestres très humides.

La fonction des algues dans la nature est extrêmement importante étant donné que, grâce à la photosynthèse, elles sont capables de transformer la matière inorganique en matière organique en utilisant pour cela l’énergie du soleil. Cette énergie reste stockée dans leurs structures biologiques et sert ensuite aux organismes qui s’en alimentent. On peut donc dire que les micro-algues se trouvent à la base de la chaine trophique.

Pendant le processus de la photosynthèse qui emploie l’énergie du soleil, le Co2 atmosphérique se combine à l’eau et il en résultera une production d’oxygène qui se libèrera dans l’atmosphère, et de sucres que la micro-algue utilisera pour produire différentes substances comme la cellulose qui conforme sa structure, des huiles etc.…

Schéma du stockage d’énergie dans une micro-algue

Les micro-algues on un taux de multiplication très élevé, ce qui fait qu’elles sont capables d’absorber une grande quantité d’énergie provenant du soleil.

La culture des micro-algues

Les micro-algues poussent de forme spontanée dans des milieux aquatiques y humides. Cependant, malgré leur abondance dans la nature, pour la production de biocombustible en grande quantité, on procède à la culture contrôlée de plantes en terre ferme, et ceci pour différentes raisons :

D’une part, ainsi on est sûr d’obtenir la variété de micro-algues adéquate en fonction de l’utilisation ultérieure. On estime qu’il existe plus de 300 000 espèces d’algues, mais peu d’entre elles possèdent les caractéristiques nécessaires pour rendre viables la production de biocombustibles dans un but commercial.

D’autre part, la culture assure le volume de production nécessaire tout en contrôlant l’extension du terrain utilisé et son rendement. Si l’on optimise les nécessités vitales des micro-algues, il est possible d’obtenir une reproduction beaucoup plus rapide que ce que l’on aurait à l’état naturel.

Il existe aussi des facteurs environnementaux qui déconseillent la récolte ou production de forme artificielle de micro-algues en pleine mer. La croissance (par une reproduction forcée) ou la réduction (due à la récolte) d’algues dans la nature modifierait la disponibilité d’aliment pour de nombreux organismes et impacterait la chaine trophique. L’obtention de micro-algues directement de la nature, collapserait de nombreux écosystèmes, ce qui engendrerait une grande catastrophe.

Technique de culture des micro-algues

Il existe trois formes de culture pour algues, qui actuellement sont testées par diverses entreprises :

-Culture en bassins à l’air libre- C’est la forme de culture la plus simple. Il s’agit essentiellement de bassins découverts et exposés au soleil. Des éléments nutritifs sont ajoutés à l’eau de ces bassins afin que les micro-algues puissent se reproduire à un rythme accéléré. C’est le système le moins efficace bien que le plus économique. Le rendement de ce type de production est en principe plus faible et on ne connait pas d’entreprise qui l’utilise pour produire des biocombustibles, ce qui revient à dire qu’il n’est pas rentable. Ce système est utilisé pour d’autres types de marchés (alimentation, esthétique… etc.…)

-Culture en bassins sous serres- Les bassins d’eau dans lesquels se reproduisent les micro-algues sont protégés sous serres. On sait qu’il existe différentes structures de ce type, qui vont des authentiques serres dans lesquelles se trouvent les bassins, aux petits bassins sur lesquels on a posé une vitre ou un plastique.

Ce système offre deux avantages : un meilleur contrôle de la température et une perte d’eau très réduite. Ces deux facteurs favorisent une production d’algues supérieure et en conséquence un meilleur rendement. Les entreprises qui ont choisi ce système considèrent que la production et les coûts sont équilibrés

Serre pour la culture de micro-algues

-Culture en photobioréacteurs- Les photobioréacteurs sont des conduits transparents isolés dans lesquels se développent les micro-algues. Ces tubes s’installent à l’extérieur afin de capter la plus grande quantité possible de radiation solaire. Un système de contrôle informatisé est chargé de fournir aux micro-algues du Co2 et des éléments nutritifs pour optimiser la productivité. Cette forme de culture est a priori la plus productive de toutes celles qui existent.

Schéma de photobioréacteur

Photobioréacteur « airemar » de l’entreprise Biofuels systems

Avantages de la culture de micro-algues face aux cultures énergétiques traditionnelles pour la production de biocombustible

Pour la production de biocombustibles, les micro-algues présentent une série d’avantages en comparaison avec les autres produits agricoles employés actuellement:

-Le niveau de productivité est nettement meilleur que lorsqu’on utilise n’importe quel autre type de matière première. Les micro-algues sont des organismes qui, en conditions favorables se développent à grande vitesse et complètent leur cycle vital en un temps inférieur à celui des cultures traditionnelles. On estime que la productivité des biocombustibles obtenus à partir des micro-algues est de 20 à 80 fois supérieure que celle de ceux qui sont produits à partir du maïs, du soja ou de la canne à sucre. Certaines entreprises affirment qu’avec les méthodes qu’elles utilisent, la production de biomasse d’algues (de laquelle on peut extraire plusieurs produits) est des milliers de fois supérieure à celle qui est obtenue de la culture du soja, du maïs ou de la palme. Nous allons cependant faute de plus d’information, estimer que la première donnée que nous avons fournie est la plus fiable.

-Il n’y a pas d’émission supplémentaire de Co2 à l’atmosphère- Pour leur développement, les micro-algues ont besoin de Co2 qu’elles prennent de l’atmosphère et capturent dans leurs molécules. Lorsqu’on utilisera le combustible obtenu, ce même Co2 se libèrera et retournera à l’atmosphère. Certaines usines de production de micro-algues envisagent l’utilisation des émissions de Co2 produit par les centrales thermoélectriques, pour augmenter la production

-La production de biocombustible à partir de micro-algues n’affecte absolument pas le marché alimentaire- Actuellement de grandes quantités de céréales sont utilisées pour produire du bioéthanol et du biodiesel. Ceci provoque une pénurie de ces aliments et en conséquence une hausse des prix qui porte préjudice à l’industrie alimentaire et surtout aux sociétés les plus pauvres. L’obtention de combustibles à partir des micro-algues permettra l’utilisation des céréales uniquement pour l’alimentation et évitera la hausse des prix.

-La culture des micro-algues n’entraine pas la destruction des forêts- L’énorme demande de biocombustibles issus de cultures traditionnelles entraine la destruction de vastes zones sylvestres et forestières afin d’augmenter les surfaces de cultures. Tout cela affecte de forme négative nos écosystèmes.

Il est tout à fait possible de réaliser les cultures de micro-algues dans des bassins situés dans des zones désertiques ou sur des terrains peu favorables aux autres types de végétaux. Il existe en fait, des centrales de production qui se sont installées dans zones désertiques où elles bénéficient de l’excellente qualité de l’ensoleillement.

Produits dérivés de la culture des micro-algues

La culture des micro-algues permet l’obtention de divers produits destinés à des fins énergétiques. Une grande partie des procédés et des différentes espèces d’algues utilisées restent des secrets industriels, mais on peut toutefois affirmer que les principaux objectifs sont l’obtention des produits suivants :

Biodiesel- Certaines micro-algues qui ont la caractéristique de flotter pour mieux capter la lumière solaire, produisent des huiles qu’elles stockent dans leurs membranes. Il est possible d’extraire ces huiles qui sont employées comme combustibles pour les moteurs diesel. C’est l’application envisagée par le plus grand nombre des entreprises du secteur, en raison de sa simplicité relative et de son rendement.

Bioéthanol- La société mexicaine Biofields affirme qu’elle dispose d’une méthode qui lui permet d’obtenir du bioéthanol directement des micro-algues. Le système est basé sur la culture d’un type de micro-algues vert-bleutées qu’on nomme cyanobactéries, qui s’alimentent de Co2 y qui produisent de l’éthanol de forme naturelle. Cette société projette la construction de sa première usine d’éthanol à Puerto Libertad dans l’état de Sonora (Mexico) dans une zone désertique près de la mer.

Biomasse- Ce terme désigne le volume généré de la masse d’algues. Les algues contiennent de la cellulose qui peut être utilisée dans plusieurs buts, entre autres dans le domaine énergétique. La société espagnole BIOFUELS SYSTEMS a commencé la construction d’une centrale Thermoélectrique de 30MW qui utilisera comme matière première de combustion la biomasse des micro-algues. La société qui se trouve à Alicante affirme que la puissance calorifique du kilogramme de biomasse d’algues est semblable à celle du charbon. Cette même société envisage aussi la production de papier à partir de la biomasse d’algues.

Biopétrole- La société BIOFUELS SYSTEMS a également développé un processus qui lui permet d’obtenir du biopétrole à partir des algues. Bien que les détails n’en soient pas connus publiquement, il s’agit en principe de reproduire de forme artificielle et accélérée les processus biologiques qui ont formé le pétrole d’origine fossile. Ce pétrole maintiendrait les mêmes avantages et utilités que le pétrole actuel (combustibles, plastiques et pétrochimie) mais éviterait tous ses inconvénients (pollution due au soufre et aux autres métaux lourds, émissions de Co2 dans l’atmosphère, réserves limitées etc.…)