Algues productrices de carburants

La demande en énergie augmente partout dans le monde. Il est d’autant plus important de trouver des sources d’énergie renouvelables qui peuvent être exploitées de manière durable. La production de carburants à partir des algues offre des opportunités très prometteuses.

Des carburants durables

A l’avenir, la production de carburants devra respecter les critères de durabilité définis selon la norme ISO 13065 1. Les carburants biologiques devront répondre à ces critères également. Ceux-ci exigent que soient considérés l’émission de gaz à effet de serre, le caractère renouvelable des sources énergétiques, la biodiversité ainsi que les aspects écologiques, économiques et sociétaux. Le journal « Renewable and Sustainable Energy Reviews » rapportait en 2010 une septantaine d’initiatives ayant trait à la production ou à la régulation de la bioénergie renouvelable.1 Ce nombre a augmenté considérablement au cours de ces dernières années.

Les algues comme alternative prometteuse

Les biocarburants dits de troisième génération produits par des algues constituent une alternative prometteuse à d’autres biocarburants.2 En effet, contrairement aux biocarburants générés à partir de céréales ou de canne à sucre, les biocarburants produits par les algues ne concurrencent pas la culture de produits alimentaires. Les algues peuvent être cultivées dans la mer, elles prospèrent même dans les eaux saumâtres ou usées de sorte que leur culture ne requiert aucune surface agricole. Techniquement, la production de biocarburants à partir des algues est même plus facile que celle des biocarburants de deuxième génération à partir du bois et de la cellulose. Les microalgues sont des algues microscopiques dont la croissance est peu exigeante. Comme les plantes, elles se nourrissent de dioxyde de carbone et tirent leur énergie de la lumière. En peu de temps elles sont capables de produire des quantités appréciables de lipides (graisses), protéines et hydrates de carbone. Les lipides peuvent se transformer en biocarburants aussi bien qu’en dérivés précieux et, ainsi, remplacer progressivement une bonne partie des carburants fossiles.3 Si, avec les algues, il est possible de réduire le recours aux carburants fossiles, il s’ensuit aussi la possibilité d’empêcher que ne soient relâchées dans l’atmosphère des quantités supplémentaires de dioxyde de carbone.

Production d’algues pour la fabrication de biocarburant au centre de recherche AgriLife au Texas. Photo: Texas A&M AgriLife.
Production d’algues pour la fabrication de biocarburant au centre de recherche AgriLife au Texas. Photo: Texas A&M AgriLife.

Optimiser les algues pour la production de carburants

Néanmoins la question reste ouverte de savoir si les lipides nécessaires à la production de biocarburants peuvent être générés de manière suffisamment efficace. Afin d’augmenter le degré d’efficacité de cette production, des scientifiques de l’Institut d’océanographie Scripps à l’Université de San Diego, ont mis hors fonction un gène responsable de la dégradation des lipides dans l’algue Thalassiosira pseudonana. Ainsi ils ont réussi à augmenter la teneur des algues en lipides sans freiner leur croissance.4 Cette démarche représente un premier pas vers la biologie synthétique. Jusqu’ici, le processus de transformation n’a porté que sur un seul gène. Néanmoins, dans une étape ultérieure, il est possible d’imaginer optimiser l’ensemble du métabolisme lipidique de l’algue, en mettant hors d’action d’autres gènes ou en en introduisant de nouveaux. D’autres propriétés de l’algue pourraient être améliorées en parallèle. On travaille par exemple à augmenter l’efficacité de la photosynthèse ou à conférer aux algues la capacité de résister à certaines pathologies.5 

Vidéo: Production de lipides dans les microalgues

En quoi est-ce de la biologie synthétique?

Le processus naturel de formation de carburants fossiles, c’est à dire la décomposition progressive d’organismes morts en absence d’oxygène, nécessite des millions d’années, alors que le processus synthétique à partir d’algues cultivées ne requiert qu’une minime partie de ce temps et ne dépend que de la période de végétation de l’algue. L’efficacité de la production de carburants dépend surtout de l’augmentation de la production de lipides. Tandis que la modification de gènes isolés a remporté de premiers succès, la biologie synthétique pourrait permettre à l’avenir d’optimiser le métabolisme lipidique dans son ensemble, de même que d’améliorer d’autres propriétés. 

Activités en Suisse

Dans son message sur la Stratégie énergétique suisse 2050, le Conseil Fédéral a fait part de la nécessité d’augmenter la production d’énergie renouvelable et de développer en parallèle la recherche qui s’y rapporte.6

Le « World Resources Forum » qui s’est tenu à Davos en 2013 a été consacré aux carburants produits par les algues. L’événement fut organisé par la HSR Rapperswil7, la FHNW Windisch8, l’Institut Paul Scherrer (PSI) Villigen9, l’EMPA10, et l’EPFL.11

La priorité de la recherche national "NCCR Molecular Systems Engineering", en cours depuis 2014, comprend un projet pour modifier des cellules d'algues dans le but, entre autres, d'améliorer l'efficacité de la photosynthèse.12

Conséquences pour la société

Le rendement insuffisant de la fabrication des lipides semble être un obstacle auquel la recherche doit apporter les solutions permettant d’utiliser les algues en grandes quantités pour la production de carburants. Ceci implique la production technique de lignées d’algues adéquates. Des systèmes sont en cours de développement afin de permettre la prolifération de ces lignées et, conjointement, empêcher leur dissémination dans l’environnement. Pour cela il est possible de recourir à des systèmes de production qui, dans l’état actuel de la technique, ont déjà fait leurs preuves et qui se sont avérés sûrs dans le cadre des procédés biotechnologiques les plus différents.

Littérature

  1. van Dam J et al. (2010) From the global efforts on certification of bioenergy towards an integrated approach based on sustainable land use planning. Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (9): 2445-2472. Lien
  2. Schweizerische Akademie der Technischen Wissenschaften (SATW) (2009) Biotreibstoffe – Chancen und Grenzen. Lien
  3. Brennan L and Owende P (2010) Biofuels from microalgae—A review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14 (2): 557-577. Lien
  4. Trentacoste E M et al (2013) Metabolic engineering of lipid catabolism increases microalgal lipid accumulation without compromising growth. PNAS 110 (49): 19748–19753. Lien
  5. Georgianna DR and Mayfield SP (2012) Exploiting diversity and synthetic biology for the production of algal biofuels. Nature 488 (7411): 329-335. Lien
  6. Conseil fédéral Suisse (2013) Message relatif au premier paquet de mesures de la Stratégie énergétique 2050. Lien
  7. Hochschule für Technik Rapperswil. Lien
  8. Institut für Biomasse und Ressourceneffizienz, Fachhochschule Nordwestschweiz. Lien
  9. Catalytic Process Engineering, Paul Scherrer Institut. Lien
  10. EMPA. Lien
  11. Schwitzguebel JP et al. (2012) Towards the sustainable cultivation of microalgae for the production of biofuels and added-value chemicals. Keynote lecture at the 27th Congress of the Phycological Society of Southern Africa, Qolora, South Africa. EPF Lausanne. Lien
  12. NCCR Molecular Systems Engineering. Molecular Systems Engineering of Algae – The Construction of Molecular Factories Based on a Phototroph Platform. Lien

Distinction des biocarburants

Première génération

Carburants issus des fruits des plantes, p.ex. huile de colza ou amidon des céréales

Deuxième génération

Carburants issus de plantes entières ou des parties non-consommables, p.ex. cellulose de bois ou de paille

Troisième générations

Carburants issus d'algues.

  • Publications

SATW (2015) Matières premières renouvelables au lieu de matières premières fossiles – une opportunité pour la Suisse
  • 18.12.2015

Matières premières renouvelables au lieu de matières premières fossiles – une opportunité pour la Suisse

Quelles sont les sources adaptées aux matières premières renouvelables? Comment fabriquer des matériaux d‘utilité et de valeur à partir de celles-ci? En quoi consistent les bioraffineries? Où existe-t-il une forte valeur ajoutée?
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