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CHAPITRE II APPLICATION ET INTERET DES MICROALGUES DANS LA PRODUCTION DE L’ENER

CHAPITRE II APPLICATION ET INTERET DES MICROALGUES DANS LA PRODUCTION DE L’ENERGIE I-Potentiel des microalgues : Les problèmes d’approvisionnements et de pollutions engendrés par l’usage des sources fossiles d’énergie ont stimulé la recherche de solutions alternatives comme les biocarburants de sources agroalimentaires. À leur tour, ces derniers ont causé d’autres problèmes tout en ne répondant qu’à une fraction de la demande massive de carburants dans le monde. Il est possible qu’une conversion graduelle des sources fossiles d’énergie vers des sources plus naturelles comme la biomasse d’algues microscopiques qui représente une avenue raisonnable compte tenu des enjeux globaux. Depuis plusieurs années, de nombreuses espèces de microalgues sont étudiées et testées dans le monde. Certaines présentent des rendements en biomasse prometteurs avec des teneurs particulièrement élevées en lipides. De plus, leurs rendements énergétiques à l’hectare sont plus de dix fois supérieures à ceux des meilleures cultures terrestres (François Doré-Deschênes, 2009). Aspects environnementaux En général, la plus grande part du concept d’algocarburants repose sur la reproduction en mode accéléré du processus photosynthétique opéré par les microalgues dans les mers. Les technologies qui exploitent ce concept ne nécessitent donc pas d’irrigation, ni de grandes quantités d’eau potable, de pesticides ou d’immenses surfaces de terres cultivables. De plus, ces technologies peuvent être appliquées à l’épuration d’eaux usées et à la captation du CO2 de centrales au charbon ou d’autres procédés. L’application industrielle de ce concept permettrait aussi l’atténuation de la déforestation et des menaces à la biodiversité qui en découlent, car il peut être appliqué en territoires incultes ou désertiques. Toutefois, plusieurs recherches sont en cours pour augmenter le rendement des microalgues par l’utilisation de modifications génétiques. Ces manipulations suscitent certaines inquiétudes concernant les dangers potentiels que représenteraient des microalgues génétiquement modifiées relâchées en milieux naturels. Par ailleurs, les quantités importantes de CO2 produites mondialement pour la production industrielle et électrique peuvent être éventuellement diminuées par des technologies de captation et de conversion associées à la production de biomasse algale. Aspects économiques Ces dernières années, la production de biocarburants (bioéthanol et biodiesel) de sources agroalimentaires a provoqué une augmentation substantielle du prix des aliments dans le monde. À titre d’exemple, en 2006, le prix du maïs a doublé. L’exploitation des microalgues peut représenter un grand potentiel de développement économique, car une nouvelle industrie durable pourrait émerger et permettre d’atteindre une meilleure autonomie énergétique, particulièrement dans les pays situés en zones tropicales. Cette approche permettrait aussi de préserver le patrimoine forestier et agraire de plusieurs régions du monde en limitant le déboisement et l’appauvrissement des sols surexploités. L’établissement de bourses du carbone pourrait permettre d’échanger avec profits les crédits de carbone générés par les procédés basés sur le concept algal. CHAPITRE II APPLICATION ET INTERET DES MICROALGUES DANS LA PRODUCTION DE L’ENERGIE Le développement de concepts performants durables et exportables pour produire de la biomasse en grandes quantités favoriserait l’autonomie alimentaire et énergétique de plusieurs pays en développement. Aspects sociaux Les produits agricoles subventionnés et souvent excédentaires des pays industrialisés ont remplacé et affaibli les productions locales des pays en développement durant plusieurs années. Ceci a provoqué des déficits alimentaires très rapides causant de sérieuses conséquences dont une augmentation de la malnutrition, de la pauvreté et des désordres sociaux. Les microalgues peuvent devenir une source idéale de biomasse convertissable en biocarburants et en protéines économiques. Leur production pourrait éventuellement favoriser la stabilité géopolitique et le développement social de plusieurs régions défavorisées. II-Applications des microalgues dans le domaine énergétique : Les microalgues peuvent être une source d’énergie non négligeable. Comme toute biomasse, celles-ci peuvent produire du biogaz par méthanisation. Certaines microalgues sont riches en sucre et peuvent produire alors du bioéthanol. D’autres riches en lipides permettront la production de biodiesel. Parmi ces différents scénarios, la production de biogaz et de biodiesel sembleraient être les plus pertinentes. II-1-Production de biocarburants liquides par les microalgues : Les biocarburants liquides sont particulièrement recherchés par le secteur des transports parce que ces substituts ne nécessitent que des modifications mineures aux infrastructures de raffinages, de transport, de distribution et d’utilisation. Il s’agit de combustibles liquides issus de la transformation de la biomasse microalgale. Il existe deux principales filières : le biodiesel obtenu à partir des huiles ou lipides extraites de biomasses et les distillats, comme le bioéthanol en particulier, obtenus par la distillation de solutions de biomasses traitées par fermentation. II-1-1-Production de biodiesel : Le biodiesel ou biogazole est une énergie renouvelable, utilisée comme alternative au carburant pour moteur diesel classique gazole ou pétrodiesel. Le biodiesel peut être utilisé seul dans les moteurs ou mélangé avec du pétrodiesel. Comparativement au diesel, le biodiesel offre la possibilité de réduire les émissions de gaz à effet de serre, réduire les émissions d’échappements, de plus il est moins toxique. Les microalgues et les cyanobactéries sont des organismes photosynthétiques qui utilisent la lumière du soleil comme source d’énergie pour fixer le dioxyde de carbone. Il n’y a pas meilleurs capteurs solaires au monde que ces organismes photosynthétiques microscopiques. Leur croissance est très rapide, il est possible d'effectuer une récolte complète en quelques jours. Les lipides accumulés par ces microalgues, pouvant atteindre jusqu’à 80 % de leur poids sec, sont principalement sous forme de triglycérides. Ces derniers peuvent ensuite être utilisés pour produire du biodiesel via une réaction appelée Transestérification (Les huiles végétales, les graisses animales ou les huiles à base de microalgues sont mélangées à froid à un alcool (éthanol ou méthanol) en présence d'un catalyseur (hydroxyde de sodium ou de potassium) (A.L Ahmad et al., 2010). CHAPITRE II APPLICATION ET INTERET DES MICROALGUES DANS LA PRODUCTION DE L’ENERGIE Figure 6 : concept de production d'huile de microalgues visant à obtenir du biodiesel (https://www.researchgate.net/figure/Concept-de-production-dhuile-de-micro-algues-visant-a-obtenir-du- biodiesel_fig3_267390520) La transestérification de glycérides normaux avec du méthanol en esters méthyliques est une réaction importante utilisée dans l’industrie de la fabrication de détergents et de savons. Presque tout le biodiesel est formé dans un processus chimique similaire utilisant cette technique catalysée par une base, car il s'agit de la méthode la plus économique et ne nécessite que de basses pressions et températures. La méthode de transestérification est la réponse d'un triglycéride (graisse / huile) avec un alcool pour former du glycérol et des esters. Un triglycéride a un atome de glycérine comme base avec trois acides gras insaturés à chaîne longue connectés. Les attributs de la graisse sont dictés par l'idée des graisses insaturées liées à la glycérine. L'idée des graisses insaturées peut, à son tour, influencer les qualités du biodiesel. Une réponse de transestérification efficace est liée à la séparation des couches de glycérol et d'ester méthylique (biodiesel) après le temps de réponse. Le coproduit plus lourd résout le glycérol et peut être vendu tel quel ou purgé pour être utilisé dans différentes entreprises, par exemple des produits pharmaceutiques, des produits de beauté et des détergents. Après la réaction de Transestérification et la séparation de la phase glycérine lourde, le réducteur est laissé avec une phase brute de biodiesel léger. Ce biodiesel brut nécessite une purification avant utilisation (A.L Ahmad et al., 2010). Fig ure 7 : Procédés d’obtention du Biodiesel (http://anciennes-etang-apigne.over-blog.com/article- carburants-verts-62013219.html) CHAPITRE II APPLICATION ET INTERET DES MICROALGUES DANS LA PRODUCTION DE L’ENERGIE Les molécules du biodiesel ainsi obtenues peuvent alors être utilisées comme carburant dans les moteurs à allumage par compression. Ce biodiesel ne contient pas de soufre, n'est pas toxique et est hautement biodégradable. Parmi les principales classes ou phylums, certaines espèces de microalgues possèdent un potentiel intéressant pour la production de biodiesel en raison de leur importante production d’acides gras. Ces principales espèces sont présentées dans le tableau ci-dessous. Tableau IV : Principales espèces pour la production du biodiesel (Isabelle Cantin, 2010) La production du biodiesel à partir de microalgues a pris une ampleur mondiale suite au premier choc pétrolier dans les années 70. Dans le courant des années 90, le prix du pétrole relativement bas conduit a un fort ralentissement des programmes. Au début des années 2000, devant l’augmentation du prix des carburants et face à une pénurie du pétrole, la production d’algo-carburant revient à l’ordre du jour. En plus de l’argument de productivité, les microalgues possèdent un atout majeur par rapport aux autres solutions : la non-concurrence avec les cultures alimentaires (figure 8) F igure 8 : productivité en huile des microalgues par rapport à d'autres plantes oléagineuses (Céline Dejoye Tanzi, 2013) II-1-2-Production du bioéthanol : CHAPITRE II APPLICATION ET INTERET DES MICROALGUES DANS LA PRODUCTION DE L’ENERGIE Le bioéthanol ou agroéthanol est un biocarburant utilisable dans certains moteurs à essence. Le préfixe bio indique que l'éthanol est produit à partir de matière organique (biomasse). Il s'agit d'un vecteur énergétique issu de l’agriculture, ou des déchets de l'industrie forestière, et appartenant à la famille des énergies renouvelables. Cet éthanol d’origine végétale n’est rien d’autre que de l’alcool éthylique, le même que celui que l’on trouve dans toutes les boissons alcoolisées. Les microalgues accumulent une forte teneur en glucides dans leurs cellules, ce qui peut constituer une matière première potentielle pour la production de bioéthanol. Les glucides synthétisés par les microalgues se présentent généralement uploads/Industriel/ chapitre-2-application-energetique.pdf