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Les microalgues : biocarburant de demain ? 3 constats ĂŠvidents Les atouts de microalgues Comment fabriquer le biocarburant ? Des incertitudes et quelques inconvĂŠnients


3 constats ĂŠvidents


Les carburants fossiles vont manquer Réserves actuelles : 150 milliards de tonnes = 1000 à 1200 milliards de barils

50000 milliards de $

Rythme de consommation actuelle 40 ans de pétrole

4 fois le PIB des états unis

Les avancées technologiques repoussent la fin du pétrole


Les dĂŠfauts des biocarburants actuels Utilisation d'espaces agricoles

Concurrence avec les cultures alimentaires

Utilisation de grandes quantitĂŠs d'eau

Utilisation de produits chimiques (engrais, phytosanitaires)


Exemple de la production de biocarburant de betterave Consommation mondiale pétrole (transports routiers) en 2004 : 1,5 Gt

Équivalent pétrole produit en éthanol de betterave 525 millions d'ha 1/3 des terres agricoles mondiales


Les microalgues, un potentiel inexploité Présence en eau Bloom algal salée/douce Nuage de microalgues et de phytoplancton

Des milliers de microalgues par goutte d'eau


Les microalgues, un potentiel inexploité Entre 200 000 et 1 million d'espèces Très riches en triglycérides Nombreuses utilisations


Utilité dans de nombreux domaines  dans l’alimentation  dans l’agroalimentaire  dans les cosmétiques  dans le médical (santé)

Plusieurs sources futures de production La dépollution Production d'hydrogènedans des stations Production d'énergie par d’épuration combustion du Méthane Production de Fabrication biodiesel de Algues (Fucus) Médicament utilisé nombreux Shampoing pour colorants Compléments alimentaires comestibles pourAlgues faciliter la perte de poids. cheveux pour chevaux D’adhésifs et de secs à base d'algues certaines enzymes

 dans l’environnement  dans l’industrie  dans l’énergie

Le captage Colorant extraits Usine(avec de combustion d’algues brunes) de biogaz du carbone (CO2) 2 grammes de spiruline Pile à combustible Crème à base « laverbread » Fabrication à partir de laminaires Soin antiridesd’alginates pour et 6 semaines peuvent d'algues marines hommes à pouvoir sauver un enfant en antiradicalaires, sous-nutrition


Les microalgues, un potentiel inexploité Entre 200 000 et 1 million d'espèces

Très riches en triglycérides

Nombreuses utilisations

Grande capacité à stocker le CO2

Rendements productifs supérieurs aux plantes terrestres


Les atouts des microalgues


Le couplage industriel 1kg de biomasse = 1,8kg de CO2 fixé

Avantages pour la culture

CO2 et azote favorisent la croissance CO2 dope la photosynthèse 50 à 80 % du CO2 fixé est recyclé

Avantages écologiques

Avantages économiques

25 % du phosphore et de l'azote est recyclé Revalorisation économique des microalgues Production d'énergie à partir de la biomasse


Usine E.ON en Allemagne Inaugurée le 28 août 2008 Coût total du projet : 2,2 millions d'€ Production visée : 160 t de biomasse 5000t nécessaires pour fixer le CO2 d'une centrale moyenne


Les avantages productifs Rendements en huile 30 fois supérieurs aux oléagineux terrestres

Contenu lipidique = 80 %

Contenu lipidique du jatropha = 30 à 40 %

Rendement photosynthétique = 6 %

Rendement photosynthétique du tournesol <1%


Comparaison de l'énergie produite par différents biocarburants

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

19

Ethanol de maïs

Biodiesel

1

2,5

8

Energie produite par le biocarburant pour 1 unité de carburant fossile utilisée

Ethanol de Canne à Sucre Biocarburant de 3eme génération (microalgues)


Les avantages écologiques Émission de gaz à effet de serre 18

16

Lbs/gal

14

12

10

8

6

4

2

0

éthanol de maïs éthanol de canne à sucre biodiesel biocarburant de microalgues


Les avantages pratiques Possibilité de s'affranchir du sol

Possibilité de culture dans les pays en voie de développement

Réutilisation de l'eau à l'infini

Revalorisation des microalgues


Comment fabriquer le biocarburant ?


Culture en bassins « Raceway » Bassins d’eau ouverts

Construction et entretien facile

Eau, microalgues, nutriments et CO2 circulent grâce à des pales rotatives

Risque de contamination élevé


Culture en photobioréacteur (PBR) Clos avec circulation de nutriments, air et CO2

Isole des agents de contamination extérieurs

Modification de différents facteurs : Lumière, température, pH…

O2 et pH difficiles à controler

Grande illumination artificielle

Risque de photoinhibition

PBR produit 1,4 fois plus de lipides que le système Raceway


Le lieu de culture Les microalgues n'ont besoin que de lumière et d'eau pour croître OPPORTUNITE DU DESERT (eau dans les PBR) Un espace inutilisé gigantesque

Le désert a la meilleure luminosité

Culture dans le Colorado de Solix Biofuels

Culture en Arizona de Greenfuel


Le développement d'un carburant fiable (Projet Shamash) Shamash ça marche

Développement biocarburant à :base Visite Réalisation d’une d’un du entreprise Projet Shamash associée de microalgues qui: l’IFREMER puisse tenir la route uneau association projet d’entreprises Quelle est la meilleure algue dans le but de produire du biocarburant et quel est son optimum de croissance ?


L'écophysiologie (expérience)

néral : Rendement de l'expérience - Evolution du nombre de microalgues en fonction du temps

Facteurs modifiés lors de Interprétation Résultats de des l'expérience résultats l'expérience

100000000

10000000

Nombre de microalgues (en cellules/mL)

Concentration enEcophysiologie milieu nutritif : :4mL/L ou 1 mL/L

1000000

Variation des facteurs Luminosité : 30 (haut) lux(bas) environnementaux ou ou des300 conditions de culture

1mL Haut 4mL Haut 1mL Bas 4mL Bas

Solution A = 4mL H

Solution C = 4mL B

Solution B = 1mL H

Solution D = 1mL B

100000

10000 Jour 1

Jour 2

Jour 3

Jour 4

Temps (en jours)

Jour 5

Jour 8

Jour 11

Haut = 30 lux Bas = 300 lux


La récolte des microalgues Coagulation et floculation Utilisation de produits chimiques Filtration Quantité limitée Résultats aléatoires

Centrifugation Risque d’abimer ou d’altérer la cellule Consommation énergétique


L’extraction des lipides Solvant chimique

Ex : l’hexane

Bon marché et efficace Utilisé dans l’alimentaire Risque d’altération Peu respectueux de l’environnement


L’extraction des lipides Le CO2 supercritique CO2 dans des conditions extrêmes (74 bar et 31°C) CO2 à faible prix, abondant, réutilisable N’altère pas le reste de la microalgue Utilisé pour le café décaféiné


La transestérification

Obtenu des lipides des microalgues

Obtenu de la décomposition d’êtres vivants ou du méthane

Additif alimentaire, cosmétique, cellophane

+ catalyseurs : alcools ou alcalins

Le biodiesel


Des incertitudes et quelques inconvĂŠnients


Un coût encore élevé 5 $ / kg mat. sèche (Raceway)

70 $ / kg mat. sèche (PBR)

10 $ le litre de biodiesel minimum

Autres facteurs à prendre en considération : Risques liés à une culture intensive Taille de la culture augmentée


Du tube à essai à la pompe à essence : des inconnues Exemple de la captation du CO2

RENDEMENT THEORIQUE ET RENDEMENTS REELS 10 9

Rendements en %

8 7 6 5

photobioréacteur

4

Raceway

3

rendem ent théorique

2 1 0 Nannochloropsis sp.

Chorella sp.

Phaeodactylum tricornutum

Dunaliella Salina

Microalgues

Rendements réels (cultures de 140 à 2000L)

Rendements théoriques


Un bilan écologique uniquement positif ? Quel sera l'impact sur l'environnement local ? Besoin d'énergie = production d'electricité

Quels risques avec une espèce OGM ? Risques de modification des espèces naturelles (Raceway)

Que faire des rejets ? Production de gaz à effet de serre


Conclusion : des verrous à lever

Comment obtenir le meilleur rendement ?

Comment diminuer le coût du litre de manière efficace ?

Quels sont les risques pour l'environnement ?


Revalorisation de la microalgue Eau et milieu nutritif Nutriments Lumière CO2

PRODUCTION DE MICROALGUES

protéines

SEPARATION DES COMPOSANTS

sucres lipides

TRANSESTERIFICATION méthanol

Méthanol + lipides catalyseurs

glycérol et résidus

FERMENTATION ester méthylique

RAFFINAGE

DIVERSES UTILISATIONS : Savon, nitroglycérine, additif alimentaire...

BIOCARBURANT


TPE Microalgues diapo