Les microalgues : Perspectives possibles pour l'agriculture

L'agriculture allemande misera-t-elle à l'avenir sur les microalgues ? Ces plantes aquatiques unicellulaires permettent en tout cas de produire de nombreux matériaux de valeur - elles ont donc un grand potentiel en tant que matière première renouvelable et source de Biomasse pour la bioéconomie. Dans le cadre du projet "FuTuReS", des chercheurs du Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, de l'université de Hohenheim à Stuttgart et du Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ont étudié dans quelles conditions et à quelles fins la culture d'algues est rentable. Après deux ans de projet, l'équipe de recherche tire un bilan positif : la clé réside dans le bon choix des matières valorisables et l'utilisation de la lumière artificielle.

Les microalgues sont à la fois frugales et productives : elles n'ont besoin que de lumière, de dioxyde de carbone (_CO2) et de quelques nutriments - et elles se lancent dans la production de substances de valeur. Selon l'espèce d'algue spécifique, les organismes unicellulaires peuvent produire des colorants, des acides gras oméga-3 ou des protéines, qui peuvent être utilisés par exemple dans l'industrie alimentaire ou cosmétique. En outre, elles constituent une source idéale de biomasse qui peut être utilisée comme fourrage de qualité. La culture d'algues pourrait donc ouvrir aux agriculteurs des champs d'activité potentiellement prometteurs.

Approche transdisciplinaire : pilotage, bilan, participation des parties prenantes

Afin d'exploiter ce potentiel pour l'agriculture, le projet collaboratif FuTuReS, financé par le ministère fédéral allemand de l'Alimentation et de l'Agriculture (BMEL), s'est penché sur la question de savoir comment la culture d'algues devait être concrètement organisée pour être à la fois rentable et écologiquement judicieuse.

Parallèlement, le projet a étudié les intérêts et les attentes des acteurs de terrain et des développeurs de technologies dans les secteurs de l'agriculture et de l'alimentation. Suite à ce processus participatif, FuTuReS a développé des scénarios concrets et des recommandations d'action sur la manière dont les microalgues pourraient être intégrées dans les cycles de production agricole à l'avenir.

Données de processus issues de la production de microalgues et de l'extraction de matériaux recyclables

Pour ce projet, l'Institut Fraunhofer des technologies interfaciales et des bioprocédés IGB a joué pour la première fois différents scénarios de culture à l'échelle pilote : La culture d'algues dans des photobioréacteurs d'une part à la lumière du soleil dans des installations en plein air ou des serres et d'autre part avec un éclairage artificiel dans des installations fermées à l'intérieur.

Les chercheurs ont utilisé la diatomée unicellulaire Phaeodactylum tricornutum , qui peut également être cultivée dans les conditions du climat d'Europe centrale. Les recherches se sont concentrées sur la production du colorant fucoxanthine, de l'acide eicosapentaénoïque (un acide gras oméga-3, EPA) et des protéines, ainsi que sur la valeur ajoutée générée par cette production.

"Afin d'augmenter la rentabilité de la culture des algues, FuTuReS a également extrait les différentes substances de valeur les unes après les autres à partir de la même biomasse, selon le principe d'une bioraffinerie", explique le Dr Ulrike Schmid-Staiger, coordinatrice du projet au Fraunhofer IGB et directrice du groupe de recherche sur la biotechnologie des algues de l'institut. Les colorants, les acides gras, les protéines et les hydrates de carbone peuvent ainsi être obtenus sous forme de fractions individuelles.

Un rendement de biomasse plus élevé grâce à un éclairage artificiel continu

Les données de processus générées ont ensuite été évaluées à l'université de Hohenheim. Les bilans ont révélé que l'éclairage artificiel continu à l'aide de lampes LED à faible consommation d'énergie présente des avantages par rapport à l'utilisation de la lumière du soleil ou de la lumière du jour (qui n'est naturellement pas continue) en plein champ. L'éclairage ininterrompu de jour comme de nuit a permis d'augmenter la biomasse de microalgues produite de 14 à 123 tonnes par hectare, tout en réduisant considérablement les coûts de production d'un kilogramme de biomasse - de pas moins de 70 pour cent.

Certes, le besoin en électricité est un peu plus élevé de moitié (54 pour cent), mais il faut nettement moins d'eau et de surface (80 et 86 pour cent respectivement). "L'augmentation du rendement de la biomasse compense les coûts plus élevés de l'éclairage artificiel", conclut Sebastian Weickert, collaborateur scientifique dans le domaine "Matières premières renouvelables dans la bioéconomie" à l'université de Hohenheim.

En ce qui concerne le rendement des matières premières produites, l'image est en revanche plus nuancée : "Nos recherches ont été fructueuses en ce qui concerne la fucoxanthine et l'EPA - pour ces produits à prix élevé, nous voyons que l'effort de production est économiquement rentable", explique le Dr Schmid-Staiger. L'obtention de protéines supplémentaires n'augmente toutefois pas la rentabilité, car les protéines sont actuellement disponibles à des prix très avantageux à l'échelle mondiale.

"Pour la production de biomasse avec de la lumière artificielle, on n'a pas besoin de terres agricoles ou on peut utiliser des infrastructures agricoles désaffectées, par exemple des étables vides. Ceci, ainsi que les rendements élevés en substances précieuses, font de la culture d'algues une activité potentiellement rentable - tout dépend des produits que l'on souhaite fabriquer et du secteur auquel ils sont destinés", résume Weickert.

Les exploitations agricoles ouvertes à la culture d'algues

Au-delà des résultats scientifiques, le projet fournit un autre résultat important : les exploitations agricoles sont en principe ouvertes à la culture d'algues, mais indiquent qu'il faut poursuivre la recherche et la promotion.

"Dans des conditions favorables, la culture de microalgues pourrait devenir un nouveau domaine d'activité pour certains acteurs de l'agriculture afin de produire des produits régionaux de qualité - le potentiel est en tout cas là. C'est ce que nos travaux de recherche ont clairement montré", résume le Dr Christine Rösch, directrice du groupe de recherche "Bioéconomie durable" de l'Institut d'évaluation des choix techniques et d'analyse des systèmes (ITAS) à l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT).

Elle recommande un développement conséquent de la technologie des microalgues, surtout en ce qui concerne le contrôle et l'automatisation, ainsi que la promotion des investissements et des coopérations coopératives. "Dans le projet FuTuReS, nous avons accordé une grande importance au fait de dialoguer dès le début avec les parties prenantes et de les impliquer dans la recherche", explique la scientifique.

Ainsi, leurs expériences, leurs connaissances ainsi que leurs attentes et leurs craintes ont pu être directement prises en compte. L'équipe de projet a ainsi été en mesure de développer des critères et des scénarios qui ne reposent pas uniquement sur les connaissances et les visions des chercheurs impliqués, mais qui sont plus proches des idées des utilisateurs et des usagers potentiels de la technologie des algues.

FuTuReS : promotion

Les partenaires du projet collaboratif "FuTuReS - Evaluation économique et écologique d'une approche de bioraffinerie pour la production de fucoxanthine et d'EPA à l'échelle pilote et de scénarios développés de manière transdisciplinaire à l'échelle industrielle en Allemagne" (FKZ : 22017218, 2219NR180 et 2219NR178) remercient le ministère fédéral de l'Alimentation et de l'Agriculture (BMEL) et l'Agence des matières premières renouvelables (Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe e. V.) pour leur soutien.