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1 SOMMAIRE INTRODUCTION……………………………………………………………………………………..2 I. Qu'est ce qu'une

1 SOMMAIRE INTRODUCTION……………………………………………………………………………………..2 I. Qu'est ce qu'une micro-algue? ..................................................................................................... 4 A. Les micro-algues ................................................................................................................... 4 a) Définition et caractéristiques ............................................................................................. 4 b) Milieu de vie ...................................................................................................................... 5 B. Les micro-algues: une usine photosynthétique ..................................................................... 5 a) La photosynthèse ............................................................................................................... 6 b)Rendement photosynthétique des micro-algues ....................................................................... 7 II. Des micro-algues pour une production d'algo-carburants ........................................................... 7 A. Production de lipides ............................................................................................................. 7 a) Localisation de la production des lipides........................................................................... 7 b) Mécanisme de la lipogenèse et lipides produits ................................................................ 9 B. Techniques de mise en culture ............................................................................................. 11 a) Différents modes de production de biomasse micro-algale ............................................. 11 b) Influence du milieu .......................................................................................................... 14 c) Facteurs permettant d’augmenter la synthèse lipidique ................................................... 16 C. Extraction ............................................................................................................................ 19 a) Protocoles d'extraction des lipides ................................................................................... 19 b) La trans-estérification ...................................................................................................... 20 D. Expérimentation au laboratoire Agronomie et Environnement (LAE) de l’ENSAIA ........ 21 III. La filière micro-algues, la recherche et les projets en cours ................................................... 23 A. Projets et réflexions au niveau local: ................................................................................... 23 a) Etude mandatée par le Val de Lorraine, Conseil de Pays ............................................... 23 b) Projet Mines en Lorraine ................................................................................................. 24 B. L’IFREMER et le projet SHAMASH au cœur du développement de la technologie des micro-algues ................................................................................................................................... 26 a) Le projet SHAMASH ...................................................................................................... 26 b) L’IFREMER, l’expert français des micro-algues ............................................................ 27 C. Autres projets dans le Monde .............................................................................................. 28 IV. Faisabilité pour le futur ........................................................................................................... 29 A. Limites rencontrées ............................................................................................................. 29 B. Autres valorisations. ............................................................................................................ 30 a) Industries alimentaires ..................................................................................................... 30 b) Utilisations agronomiques ............................................................................................... 30 c) Alimentation humaine ..................................................................................................... 31 d) Energie et environnement ................................................................................................ 33 CONCLUSION……………………………………………………………………………………..34 REMERCIEMENTS………………………………………………………………………………..35 SOURCES…………………………………………………………………………………………..36 ANNEXES………………………………………………………………………………………….39 2 INTRODUCTION Actuellement, le réchauffement climatique dû notamment à l'utilisation massive d'énergies fossiles, responsable de fortes émissions d’un gaz à effet de serre, le CO2, est un problème mondial. Si la prise de conscience de l’opinion publique est réelle, les politiques mondiales ont du mal à se mettre d’accord sur les mesures à mettre en place pour limiter les émissions de gaz à effet de serre. En France, l’Etat, après avoir envisagé une taxation sur les émissions de CO2, a abandonné début 2010 ce projet de loi, faute de consensus actuellement au niveau européen, voire mondial sur ce type de mesure. Des mesures d’incitation sont actuellement en place afin de promouvoir des nou- velles technologies plus respectueuses de l'environnement, tandis que des industriels et des scienti- fiques cherchent de nouvelles solutions d’une part pour limiter l'émission de CO2 dans l'atmosphère et d’autre part pour limiter l'utilisation massive d'énergies fossiles au profit de nouvelles sources d'énergies renouvelables moins polluantes. En effet, il faut savoir que l’Europe dépend aujourd’hui d’environ 50% d’approvisionnements exté- rieurs pour satisfaire sa consommation d’énergie. Elle est le plus gros importateur de pétrole (19% de la consommation mondiale) avec le secteur du transport qui consomme 67% de la demande en pétrole. Dans ce contexte de recherche de nouvelles sources d’énergies, les biocarburants de 1ère gé- nération ont fait leur apparition sur le marché ces dernières décennies. Si on interroge le commun des mortels sur la définition d’un biocarburant, on peut s’attendre à entendre parler de carburant « vert » ou de pétrole « vert ». Cette idée s’explique par le fait que les biocarburants sont des sources liquides d’énergies renouvelables issues de matières végétales qui tirent leurs énergies de la photosynthèse. Ces biocarburants dits de 1ère génération correspondent à l’huile végétale extraite des espèces oléagineuses (colza, palmier à huile…) et à l’alcool issu de la fermentation des tissus riches en sucre de certaines espèces cultivées. Les différentes études sur ces biocarburants de 1ère génération mettent en évidence que ces derniers présentent de nombreuses limites tant d’un point de vue environnemental que sociétal (pollution, déforestation, crise alimentaire, …). Face aux limites notamment en terme de rendement de ces biocarburants de 1ère génération, les biocarburants de 2ème génération, qui utilisent la totalité de la biomasse constituée principale- ment de cellulose, d’hémicellulose et de lignine (biomasse ligno-cellulosique), ne sont pas plus prometteurs, victimes de blocages techniques (technologie très coûteuse) et de problèmes environ- nementaux (déforestation, appauvrissement des sols en matière organique, …). Ainsi les biocarburants de 3ème génération, issus des micro-algues, constituent actuellement une bonne alternative car ces organismes (i) présentent un rendement important en lipides (d'un 3 point de vue théorique 30 à 100 fois plus important que les oléagineux terrestres), (ii) ne sont pas à l’origine de concurrence d’usage vis-à-vis des terres agricoles et (iii) valorisent de manière très effi- cace le CO2. Aussi dans les rêves les plus fous de certains chercheurs, ces organismes microscopiques encore mal connus, seraient une usine photosynthétique potentiellement efficace pour le recyclage du CO2 et la production de biocarburants. Qu’en est-il aujourd’hui de cette potentialité? Nous avons tenté de répondre à cette problématique, en lien avec le Conseil de Pays du Val de Lorraine qui s’interroge sur les potentialités des micro-algues notamment dans un contexte de développement local du territoire. Ce travail nous a permis de réaliser une expérimentation (passage du théorique à la pratique) mais surtout d'avoir un premier contact avec le monde professionnel et celui de la recherche. 4 I. Qu'est ce qu'une micro-algue? A. Les micro-algues a) Définition et caractéristiques Les micro-algues sont des organismes microscopiques unicellulaires. On utilise le terme «micro» car la taille d'une micro-algue varie de quelques micromètres à une centaine de micromètres. Pour les étudier, il est nécessaire de les observer au microscope optique ou au microscope électronique, ce qui permet de voir plus de détails, en particulier relatifs à leur morphologie. D’un point de vue taxonomique, les micro-algues appartiennent à différentes familles qui ont chacune leurs propres caractéristiques, mais elles ont aussi des points communs en particulier dans leur ultra structure et leur métabolisme. Les organismes photosynthétiques sont regroupés en trois catégories distinctes: les bactéries photosynthétiques, les algues et les plantes terrestres. Le terme algue regroupe des individus chlorophylliens vivant essentiellement dans l'eau et qui ne sont pas des embryophytes. Les contraintes du milieu aquatique ont conduit à des convergences structurales et physiologiques comme l’existence d’une paroi souple. Les organismes ainsi regroupés sont pourtant bien éloignés phylogénétiquement: comme les Rhodobiontes (algue rouge), Chlorobiontes, Straménopiles (algue brune), Haptophytes. Algues rouges et algues brunes sont des groupes monophylétiques c'est-à-dire se reconnaissent comme partenaires sexuels et donnent une descendance féconde, par contre les algues vertes sont paraphylétiques et donc des groupes dont l'ancêtre commun est aussi partagé avec d'autres groupes.(voir annexe 1) Une micro-algue est un organisme photosynthétique unicellulaire délimitée par une membrane plasmique, qui contient au sein de son cytoplasme de nombreux organites nécessaires à son fonc- tionnement et à son métabolisme : chloroplastes, amyloplastes, oléoplastes, mitochondries et son noyau entouré de son enveloppe. 5 Les micro-algues peuvent vivre sous forme libre ou en colonie. Leur cellule unique et indifférenciée assure toutes les fonctions. Ce sont des micro-organismes appartenant à deux groupes: les eucaryotes et les procaryotes. Les micro-algues eucaryotes possèdent une structure cellulaire végétale classique compartimentée, avec ou sans paroi cellulosique, et, avec des pigments photosynthétiques renfermés dans des plastes. Les micro-algues procaryotes, appelées aussi cyanobactéries, ont une structure bactérienne classique sans compartiment, les pigments photosynthétiques étant contenus dans des membranes lamellaires. En ce qui concerne la multiplication des micro-algues, elles ne grandissent pas. Par contre, certaines d'entre elles, comme les diatomées, peuvent voir leur taille diminuer. Comme toutes les micro-algues, elles colonisent leur milieu en se divisant par mitose, rapidement et activement, si les conditions physico-chimiques et nutritives sont favorables. Lors de cette reproduction asexuée, leur taille diminue jusqu'à ce qu'elles ne puissent plus se diviser. b) Milieu de vie Les micro-algues vivent dans les milieux fortement aqueux. Il existe 1100 genres de micro- algues dont 14000 espèces d'eau douce et 14000 d'eau salée. Ce sont des êtres photosynthétiques, c'est-à-dire qu'elles sont capables de produire de la matière organique à partir d'éléments minéraux grâce aux processus d'assimilation photosynthétique. Dès lors qu'elles disposent de la lumière, elles vont assimiler les éléments minéraux nutritifs comme le potassium, le sodium, le calcium et le ma- gnésium, des oligo-éléments (molybdène, zinc, cuivre) et le CO2 dissous dans l'eau pour produire leurs constituants cellulaires. Dans leur cytoplasme, elles possèdent des chloroplastes, organites renfermant des pigments chlorophylliens. Ces pigments assurent le captage de l'énergie lumineuse, qui est ensuite utilisée pour synthétiser la matière organique nécessaire à la cellule, à partir des élé- ments minéraux nutritifs. Les miro-algues sont donc des êtres autotrophes par photosynthèse mais il est possible que certaines d'entre elles, comme les euglènes, deviennent hétérotrophes lorsqu'elles sont placées dans des conditions défavorables de survie. Par exemple, si des micro-algues sont pla- cées dans le noir, elles perdent leurs chloroplastes et deviennent dépigmentées : elles vont s'alimen- ter alors grâce à la matière organique présente dans le milieu. Notons que certaines micro-algues, en majorité les cyanobactéries filamenteuses, sont capables de fixer l'azote de l'air, grâce à des struc- tures spécialisées appelées hétérocystes, qui contiennent une enzyme la nitrogénase. Cet hétérocyste n'est pas capable de photosynthèse mais il est en relation avec les cellules somatiques adjacentes qui lui fournissent les matières carbonées en échange de composés azotés. B. uploads/Geographie/les-micro-algues.pdf