Vincent Pessey, Responsable de missions de la Business Unit Chimie, Matériaux et Energie chez Alcimed.

Aujourd’hui sous le feu des projecteurs, les micro-algues sont présentées comme une alternative énergétique au pétrole, capable de produire de l’énergie sous trois formes : hydrogène, biocarburant ou encore biogaz. Ces micro-organismes suscitent un vif intérêt auprès de géants comme Shell ou Boeing. La ruée vers l’or vert est en marche. Mais bon nombre de défis restent à relever. C’est l’analyse de Vincent Pessey, responsable de missions de la Business Unit Chimie, Matériaux et Energie chez Alcimed.
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Le pic spectaculaire qu’a connu le baril de pétrole en 2007 et 2008 a accéléré les efforts de recherche sur de nouveaux biocarburants. Parmi les développements en cours, les biocarburants dits de « troisième génération » à base de micro-algues agitent les industriels, notamment en raison de leur très bon rendement.

Les micro-algues sont des organismes microscopiques riches en lipides et se développent par photosynthèse en eau douce ou en eau de mer selon les espèces. Elles présentent à l’échelle du laboratoire des avantages très attractifs qui en ont fait un véritable « or vert » : les rendements en lipides seraient trente fois supérieurs aux cultures oléagineuses telles que le tournesol ou le colza ; leur culture en photobioréacteurs n’a pas d’impact sur l’environnement (pas d’utilisation de pesticides) et permet de recycler les nutriments nécessaires à leur croissance (phosphore et azote) ; enfin, le problème des surfaces cultivables disparaît puisque ces organismes se développent dans l’eau.

Les micro-algues sont considérées comme la filière d’avenir par de nombreuses start-up américaines en pleine croissance. La plus connue d’entre elles est GreenFuel Tech qui développe des procédés pour la production de microalgues. L’engouement a même gagné les pétroliers comme Chevron et Shell. Récemment, Boeing a commencé une collaboration avec Virgin Fuels et General Electric pour développer un nouveau biocarburant à base de ces micro-organismes marins. La France participe également à cette ruée vers l’or vert avec le projet Shamash dirigé par Olivier Bernard, chercheur à l’Inria.

Les micro-algues à la base de trois types d’énergie

Les micro-algues peuvent intervenir dans la production de trois types d’énergie : l’hydrogène, les biocarburants ou les biogaz. Mais quelles sont les performances réelles des micro-algues et quel est le degré de maturité de chacune de ces filières ?

- Sous certaines conditions de stress (manque de soufre ou d’oxygène), les microalgues peuvent produire de l’hydrogène. Actuellement, moins de 3% de l’énergie lumineuse totale sont transformés en hydrogène. Pour être rentable, cette voie nécessite un rendement de 10%, et la production d’hydrogène à partir de micro-algues pourrait y contribuer. Les chercheurs comptent sur des mutations génétiques pour créer des microalgues plus efficaces. Par exemple, en France, le laboratoire de bioénergétique et biotechnologie des bactéries et micro-algues (L3BM) du CEA travaille actuellement sur ce sujet.

- La production de biocarburants par les micro-algues est la voie la plus médiatisée, mais elle compte encore de nombreux défis à relever. L’un des premiers challenges consiste à identifier les micro-algues les plus riches en lipides parmi les millions d’espèces existantes. Dans des conditions de stress en azote, la production lipidique peut atteindre 75% pour la Botryococcus braunii. Cependant, stresser les algues ralentit leur croissance.

Un autre défi à prendre en compte est l’optimisation de l’extraction des lipides qui demeure une étape encore trop négligée. Les techniques de pressage sont en effet inefficaces. L’extraction de l’huile est réalisée à l’hexane, ce qui n’est compétitif ni au niveau économique ni au niveau environnemental. Des recherches sur l’extraction sont actuellement en cours : la société Valcobio, un des partenaires du projet Shamash travaille sur des techniques d’extraction sans produits chimiques. Enfin, les rendements de production des algues sont encore trop faibles à l’échelle industrielle. Pour devenir compétitive, la production d’algues devrait être de 100 g par m2 par jour, soit trois fois supérieure aux rendements actuels.

L’appel à une collaboration de plusieurs compétences

- Le dernier type d’énergie que peuvent produire les micro-algues est le biogaz. Celles-ci se révèlent particulièrement adaptées à cette application. Après fermentation dans un digesteur, elles génèrent un biogaz composé de 70 à 80% de méthane, les autres gaz  étant du CO2 et du N2. Cette technologie datant des années 40 a été développée par le Professeur William J. Oswald de l’Université de Berkeley en Californie. Elle a cependant été abandonnée dans les années 80 au profit des biocarburants plus à la mode et est réétudiée depuis une dizaine d’années.

En effet, cette filière est actuellement la voie de production d’énergie à partir de micro-algues la plus simple et la plus rentable à court terme. Elle peut être particulièrement efficace lorsqu’elle est combinée à d’autres procédés. Si cette technologie est associée à une centrale thermique, les micro-algues séquestrent le CO2  et utilisent la chaleur produite pour leur croissance. Le biogaz produit est alors directement réinjecté dans les brûleurs de la centrale. Cette technologie peut aussi être associée à une station d’épuration où les micro-algues utilisent les nutriments comme l’azote et le phosphore pour leur croissance.

L’industrialisation de l’énergie à partir de micro-algues ne pourra se faire qu’à condition que conjuguer de nombreuses compétences pour lever les barrières existantes : génie génétique, phycologie, biochimie, pétrochimie. Les experts mondiaux sont peu nombreux et les savoir-faire ont tendance à se disperser. Il est nécessaire en Europe - comme c’est déjà le cas aux Etats-Unis – de mettre en place des collaborations fortes entre industriels et chercheurs de ces différents domaines.

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