Chapitre 1
La petite plante qui a sauvé notre planète

Chapitre 2
Qu'en est-il des algues ?

Chapitre 3
Histoire et politique des algues

Chapitre 4
Quels sont les avantages concurrentiels des algues ?

Chapitre 5
Classification des algues

Chapitre 6
Sélection des espèces d'algues

Chapitre 7
Culture d'algues

Chapitre 8
Les algues ont-elles fait de nous des humains ?

Les algues convertissent le CO2

Les algues convertissent le CO₂ en liaison végétale et libèrent de l'O₂

Notions de base sur les algues par Mark Edwards

CHAPITRE 1 : La petite plante qui a sauvé notre planète

Ales algues ont sauvé notre planète en transformant notre atmosphère en oxygène, permettant ainsi à la vie d'exister. Les algues nous ont encore une fois sauvés en fournissant la première nourriture de la Terre. Les algues pourraient-elles encore sauver notre planète ?

La Terre primitive ne supportait ni créatures vivantes ni nourriture. Il y a environ 3.7 milliards d’années, aucune vie n’existait car la surface de la Terre était trop chaude et il n’y avait pas d’oxygène. L’atmosphère terrestre était composée d’une couverture de CO₂ et de méthane mortels et piégeant la chaleur.

Les archives fossiles montrent qu'une petite plante a émergé dans la soupe primordiale et a fait une chose extraordinaire. La plante absorbait l'énergie du soleil et utilisait une réaction chimique, la photosynthèse, pour diviser un CO₂ et une molécule d'eau. La petite plante a converti l’atome de carbone en une liaison végétale verte à haute énergie, un hydrocarbure, en prenant deux atomes d’hydrogène de H₂O et en libérant la molécule d’oxygène dans l’atmosphère. Les algues avaient commencé leur travail pour modifier l'atmosphère.

L'abiogenèse, l'étude de la façon dont la vie sur Terre a émergé, utilise une théorie de la soupe primordiale et suggère que les conditions chimiques sur Terre ont créé les éléments essentiels de la vie. Alors que le débat se poursuit sur la manière exacte dont la première vie a été synthétisée, les fossiles suggèrent que la première cellule végétale, les cyanobactéries, également connues sous le nom d'algues bleu-vert, avait la taille d'une nanoparticule, 5 µ (microns). Le point à la fin de cette phrase est d'environ 500 µ.

Les algues captaient systématiquement l’énergie solaire, séquestraient les atomes de carbone et libéraient de l’oxygène. Se déplaçant à la vitesse incroyablement lente d'une minuscule molécule à la fois, les algues ont transformé l'atmosphère dure de dioxyde de carbone qui ne pouvait pas maintenir la vie en une atmosphère d'oxygène propice à la vie. Il a fallu encore 3 milliards d’années aux algues pour créer suffisamment d’oxygène pour soutenir d’autres formes de vie, car les plantes terrestres ont évolué à partir des algues il y a seulement 500 millions d’années environ.

La transformation atmosphérique des algues a permis le développement d'autres plantes aquatiques, de poissons, d'insectes, de plantes terrestres, d'amphibiens, de reptiles et éventuellement d'animaux terrestres. Même si les microalgues sont les plus petites plantes de notre planète, les algues créent chaque jour 70 % de l’oxygène atmosphérique, soit plus que l’ensemble des forêts et des champs réunis.

Le deuxième cadeau des algues : la nourriture
La contribution des algues à notre atmosphère riche en oxygène est égalée par l'autre don de cette petite plante : servir de base à la chaîne alimentaire. Bon nombre des premières plantes et créatures aquatiques dépendaient des algues comme source de nourriture. Les algues servent d'aliment nutritif à tout, du plus petit phytoplancton au plus grand mammifère de la planète, la grande baleine bleue, car la plante offre un excellent ensemble de protéines, de minéraux et de vitamines. Chaque jour, tandis que les algues captent le CO₂ et libèrent de l’oxygène pur, la biomasse verte fournit de la nourriture à 100 fois plus d’organismes que toute autre source de nourriture sur Terre.

Les conditions brutales sur Terre ont obligé les premières cellules d’algues à évoluer et à réévoluer des millions de fois alors que leurs microenvironnements s’effondraient avec des orages électriques et une chaleur intense, suivis de gels et de pluies de météores de roches surchauffées. Les algues ont fait preuve d’une incroyable persistance et ont développé une grande variété de mécanismes de défense qui ont permis aux plantes de survivre et de se propager. La capacité des algues à s'adapter rapidement pour survivre a donné naissance à environ 10 millions d'espèces d'algues, chacune ayant des capacités de croissance et une composition de biomasse uniques.

Étant donné que les algues formaient l’échelon le plus bas de la chaîne alimentaire, elles ont développé une brillante stratégie de survie : la capacité de croître plus vite que ce que leurs prédateurs pouvaient manger. Les herbivores qui se nourrissaient d’algues mangeaient de nombreuses plantes à croissance rapide, mais pas toutes. La capacité de se propager plus rapidement que ses prédateurs ne pouvaient les dévorer créait un énorme avantage concurrentiel et garantissait la survie des algues. Les algues ont peut-être été le premier repas gratuit car de nombreuses espèces ont développé la capacité de doubler leur biomasse avant midi. Une seule cellule d’algue peut créer un million de descendants en une journée.

Les proliférations d’algues étaient courantes dans les anciens océans, lacs et étangs. Les combustibles fossiles que nous brûlons aujourd’hui sont principalement constitués d’algues fossilisées. On enseigne aux enfants à l’école que le pétrole brut provient des dinosaures, mais que ces derniers ont parcouru la Terre environ 200 millions d’années trop tard pour devenir la biomasse de choix pour les combustibles fossiles.

La plupart des espèces d’algues sont si petites qu’elles ne sont visibles qu’au microscope. Cependant, les algues peuvent se regrouper, se regrouper ou se développer en formations visibles et comestibles. Les algues sont généralement plus lourdes que l’eau et se déposent, créant une couche de neige verte au fond d’un étang. L’énergie solaire verte des algues alimente quotidiennement la croissance de milliards d’organismes à mesure que l’énergie stockée par les algues remonte la chaîne alimentaire.

Les algues marines appelées algues ou macroalgues se développent souvent sous des formes qui ressemblent à des plantes terrestres avec des pseudo-racines, des troncs et des feuilles. Cette évolution parallèle permet aux algues marines d’atteindre des tailles aussi grandes que des arbres. Les macroalgues sont souvent consommées directement par les poissons et les mammifères comme les loutres de mer, les lamantins, les dauphins et les baleines. Les macroalgues fournissent une variété de couleurs vives aux océans et bien plus de biomasse que ce que les herbivores peuvent manger.

Les algues poussent dans les forêts situées sous les calottes glaciaires polaires, dans les sols sous les glaciers, dans les déserts les plus chauds et les plus secs ainsi que dans les piscines, les aquariums et les cours d'eau. La simplicité des algues permet à ces plantes d'être incroyablement robustes ; non seulement ils survivent, mais ils produisent également de la biomasse de grande valeur dans des environnements extrêmement difficiles. Les environnements les plus difficiles qui existent aujourd’hui sur Terre semblent probablement inoffensifs pour une plante qui a survécu aux conditions environnementales difficiles d’il y a des milliards d’années.

Des intrants abondants
Les algues utilisent des intrants abondants et souvent excédentaires, notamment le soleil, le CO₂ et les déchets, la saumure ou l’eau des océans. La photosynthèse des algues élimine le CO₂ et les nutriments de l’eau environnante et produit une biomasse végétale composée de diverses formes de lipides (huiles), de protéines et de glucides. Le processus libère une quantité considérable d’oxygène pur dans l’atmosphère.

Les algues utilisent des intrants abondants et bon marché

Les algues utilisent des intrants abondants et bon marché

Les algues constituent une source de nourriture majeure pour de nombreux organismes vivant dans des milieux naturels sans culture humaine. Les algues sauvages poussant dans des milieux naturels produisent une croissance incroyablement rapide de la biomasse, mais ne sont ni fiables ni durables car la production s'effondre généralement en raison d'une limitation des nutriments ou d'une attaque de prédateurs. La culture d'algues dans des étangs, des auges ou des conteneurs permet des améliorations significatives de la productivité par rapport aux algues sauvages, car suffisamment de nutriments peuvent être fournis et les prédateurs peuvent être gérés ou évités.

La limitation en éléments nutritifs la plus courante dans les milieux naturels provient du carbone, de l’azote ou du phosphore. Les nutriments inorganiques, tels que l'azote, ne sont disponibles que dans la mesure où ils sont disponibles sous forme d'ions libres, dilués dans l'eau. Cependant, les algues peuvent rapidement consommer les ions disponibles dans les milieux naturels comme les lagons. Encore une fois, les algues se sont adaptées stratégiquement et de nombreuses espèces ont la capacité de consommer des nutriments organiques provenant de la biomasse biologique ou d'autres déchets.

Les algues pourraient-elles encore nous sauver ?
De modestes algues ont sauvé notre planète en séquestrant deux livres de CO₂ dans chaque livre de biomasse algale. Aujourd’hui, notre atmosphère et nos océans transportent d’énormes quantités de CO₂ provenant de la pollution causée par les combustibles fossiles d’origine humaine. Les algues pourraient à nouveau jouer un rôle pour sauver notre planète en réduisant la charge de carbone atmosphérique. Les algues peuvent également réduire les gaz à effet de serre en produisant des carburants de transport liquides neutres en carbone qui recyclent le carbone atmosphérique tout en remplaçant les carburants de transport fossiles. Les carburants neutres en carbone sont fabriqués à partir d’algues lorsque l’énergie de culture, de récolte et de raffinage provient de sources renouvelables telles que l’énergie solaire, éolienne, houlomotrice, géothermique ou l’huile d’algues.

Les combustibles à base d'algues offrent un avantage significatif dans la mesure où ils brûlent proprement, sans particules de suie noire. La pollution par la suie noire qui provoque des maladies pulmonaires, des maladies respiratoires et des cancers provient de la fossilisation d'algues dans le pétrole brut, le charbon et le schiste sur 400 millions d'années. Les combustibles d’algues sont produits en quelques semaines et ne sont pas fossilisés, ils brûlent donc proprement de la même manière que leurs cousins ​​​​terrestres – l’huile végétale.

Les algues promettent d’apporter des solutions indispensables à nos sociétés de plus en plus chaudes, surpeuplées, affamées et consommatrices d’énergie. L’opportunité qui s’offre à nous est de cultiver des algues d’une manière qui engage les gens du monde entier à produire de la nourriture et de l’énergie durables et abordables pour les besoins de leur famille et de leur communauté au niveau local.

CHAPITRE 2 : Qu'en est-il des algues ?

Biscuits à la spiruline

Biscuits à la spiruline. Photo gracieuseté : thedorkyfrench.com

La chaîne de valeur des algues.
A les algues sont peut-être les meilleures amies de l'humanité. Les algues peuvent fournir de la nourriture et du carburant durables et abordables, ainsi que des solutions écologiques et innovantes. Tous les aliments, fibres ou matériaux pouvant être fabriqués à partir de cultures terrestres peuvent être fabriqués à partir d’algues, car les plantes terrestres ont évolué à partir d’algues il y a 500 millions d’années. Les algues offrent une gamme de couleurs, de textures, de goûts et de composés beaucoup plus large que les plantes terrestres. Tous les combustibles, plastiques ou autres matériaux fabriqués à partir de combustibles fossiles peuvent être fabriqués à partir d’algues, car les combustibles fossiles sont simplement des algues fossilisées ou des organismes qui mangent des algues.

L’attribut le plus utile des algues n’est pas que nous puissions fabriquer n’importe quoi à partir d’algues. Ce qui distingue les algues des plantes terrestres et des combustibles fossiles, c'est la manière dont les algues se nourrissent, consomment de l'énergie et produisent des coproduits. Notre atmosphère est surchargée de CO₂, qui est naturellement recyclé ou séquestré grâce à la production d'algues. Les cultures vivrières échoueront avec le réchauffement climatique, mais les algues prospéreront sous l’effet de la chaleur. Notre monde ne dispose pas de suffisamment de terres cultivées pour les cultures vivrières, mais les algues peuvent produire un supplément de nourriture et d’énergie sur les terres non cultivées.

À l’échelle mondiale, les sociétés connaissent une pénurie d’eau douce, mais les algues prospèrent dans les déchets, la saumure ou l’eau des océans. Nous avons déjà dépassé le pic pétrolier et les algues peuvent fournir des carburants liquides pour le transport à un coût inférieur à celui de l’extraction du pétrole brut. Les agriculteurs sont confrontés à une grave pénurie de ressources naturelles telles que le phosphore que les algues peuvent récupérer, ainsi que recycler et réutiliser les nutriments provenant des flux de déchets animaux et humains.

La culture d’algues peut produire une biomasse précieuse en utilisant peu ou pas de ressources fossiles qui concurrencent les cultures vivrières terrestres et ne nécessitent pas de sols fertiles, d’eau douce, de combustibles fossiles, d’engrais et de produits chimiques agricoles fossiles. La colocalisation de la production d'algues dans les fermes ou les décharges municipales permet aux algues de transformer ces flux de déchets coûteux en un centre de coûts et de profits fournissant de l'énergie, des aliments pour animaux et de riches engrais organiques. La colocalisation de la production d'algues à proximité de sources de carbone telles que des centrales électriques, des cimenteries ou des brasseries offre des solutions potentielles à la pollution en plus de la production de biomasse pour les biocarburants et les coproduits de valeur. Tandis que les algues purifient l'air et l'eau, la biomasse verte transforme le CO₂ et les déchets nutritifs en sucres, protéines, lipides, glucides et autres composés organiques précieux.

O Nos systèmes alimentaires et de transport actuels sont extrêmement polluants pour l’air, les sols et l’eau. Les algues peuvent produire des aliments et des carburants neutres en carbone avec une empreinte écologique positive. Nos carburants actuels brûlent en dégageant des particules de suie noire et sale, mais les algues brûlent proprement. Les combustibles d'algues sont fabriqués en quelques semaines et n'ont pas subi une fossilisation profonde et sale pendant 300 millions d'années. Les combustibles à base d’algues brûlent proprement car ils sont essentiellement constitués d’huile végétale.

Les algues font des recherches fascinantes car, selon le manuel de référence Algues par James Graham, Lee Wilcox et Linda Graham, on estime qu’il existe 10 millions d’espèces d’algues. Probablement 90 % de tous leurs composés spéciaux restent à découvrir, décrire et cultiver. Les algues produisent beaucoup plus de composés que ceux trouvés dans les plantes ou les animaux terrestres, car il existe bien plus d’espèces d’algues que d’autres organismes. Les algues bénéficient de plus de 3 milliards d’années d’adaptation et d’évolution supplémentaires par rapport aux plantes terrestres et ont créé d’ingénieuses stratégies de survie pour maximiser leur croissance et leur vitalité et repousser les prédateurs.

Les composants d’algues sont déjà intégrés dans nos denrées alimentaires, nos aliments pour animaux, nos cosmétiques et nos médicaments. Un test du panier de consommation réalisé à l'Arizona State University a révélé que près de 70 % des produits que les consommateurs achètent couramment au supermarché contiennent des composants d'algues. La plupart des gens ne mangent pas d'algues directement, mais apprécient les produits fabriqués à partir de composants d'algues, notamment : la farine d'algues au lieu de la farine de blé, de maïs ou de soja ; des huiles d'algues plus saines et moins grasses que l'huile de maïs, et des nutriments d'algues tels que les oméga 3.

Un délicieux chocolat aux algues, faible en calories, permettra aux consommateurs d'avoir le beurre et l'argent du beurre sans se sentir coupables d'être trop caloriques. En plus d'être plus faibles en gras et plus riches en nutriments que les aliments d'origine terrestre, des recherches menées en Russie et au Japon suggèrent que les algues peuvent modifier l'activité enzymatique du foie qui contrôle le métabolisme des acides gras, ce qui entraînerait une baisse des niveaux de graisses, de cholestérol et de triglycérides dans le sang. .

Biscuit aux algues au chocolat
Les algues occupent une position unique pour fournir une chaîne de valeur de produits et de solutions répondant aux besoins humains critiques. La chaîne de valeur comprend des aliments durables, des carburants, des solutions écologiques et innovantes, représentées dans la promesse verte d'Algae.

La promesse verte des algues

Alimentation

  • Aliments. Les algues fournissent des aliments humains riches en protéines, faibles en gras, nutritifs, sains et délicieux. Les algues fournissent plus de vitamines, de minéraux et de nutriments que les plantes terrestres et constituent un aliment santé naturel. Les algues ne constituent pas une solution complète à la malnutrition en raison de leur faible apport calorique.
  • Remarque : la valeur alimentaire des algues sera sous-optimale jusqu'à ce que des solutions soient trouvées à quelques problèmes clés ; rendant les parois cellulaires dures digestibles et produisant moins d’acides nucléiques. Toutes les autres promesses vertes n’attendent que les systèmes de production d’algues cultivées à grande et micro-échelle.
  • Ingrédients alimentaires. Les composants d'algues embellissent environ 70 % des produits des supermarchés modernes, notamment les produits laitiers, la bière, les boissons gazeuses, les confitures, les produits de boulangerie, les soupes, les sauces, les garnitures pour tartes, les gâteaux, les glaçages, les colorants, les remèdes contre les ulcères, les aides digestives, les gouttes pour les yeux, les crèmes dentaires. , crèmes pour la peau et shampoings.
  • Fourrage. Les algues produisent des aliments pour animaux riches en protéines, peu coûteux et nutritifs, contenant de nombreuses vitamines, minéraux et nutriments. Remplacer la moitié des céréales destinées aux animaux vendus dans le cadre des exportations américaines permettrait d'économiser 20 millions d'acres de terres cultivées et plusieurs milliards de gallons d'eau douce. La production locale d'algues dans les villages nourrirait des millions d'animaux et sauverait 20 millions d'acres par an de forêts et de prairies de la désertification due au fourrage animal.
  • Pêches. Les algues sont riches en protéines ; aliments pour poissons nutritifs et à faible coût, vitamines et nutriments. Les algues peuvent être cultivées in situ, dans l'eau avec les poissons et les crustacés. Les poissons ont tendance à croître plus rapidement et avec plus de vitalité sur les algues que sur les céréales terrestres, car les poissons mangent des algues dans leur habitat naturel.

Carburant

  • Carburants — biodiesel. Les huiles d'algues pressées directement à partir de la biomasse d'algues produisent un biocarburant renouvelable et durable à haute énergie à partir du soleil, du C02 et des eaux usées. Remplacer la production américaine d’éthanol nécessiterait 2 millions d’acres de désert, soit la moitié d’un comté de l’Arizona. Remplacer le maïs par des algues comme matière première pour les biocarburants permettrait d'économiser chaque année 40 millions d'acres de terres cultivées, 2 240 milliards de gallons d'eau, XNUMX millions de tonnes d'érosion des sols et une pollution importante de l'eau.
  • Carburants – carburéacteur, éthanol et hydrogène. Les algues peuvent produire une variété de carburants liquides de transport à haute énergie, notamment l’essence. Même si le raffinage nécessite généralement plus d’énergie que l’extraction de l’huile d’algues, les États-Unis disposent probablement d’un excédent de capacité de raffinage d’éthanol. Les algues peuvent être raffinées dans les raffineries de combustibles fossiles pour obtenir les mêmes produits fabriqués à partir de combustibles fossiles, car les combustibles fossiles sont simplement des algues fossilisées.
  • Combustibles fossiles. Remplacer la production américaine d'éthanol permettrait également d'économiser 7 milliards de gallons de combustible fossile utilisé pour produire de l'éthanol. Déplacer 1/10ème de la production agricole américaine du diesel sale au diesel propre à base d'algues permettrait de nettoyer l'environnement et d'économiser 20 milliards de gallons de combustibles fossiles par an. Des économies encore plus importantes en matière de combustibles fossiles pourraient être réalisées en utilisant des huiles d'algues pour remplacer une partie du diesel utilisé par les camions, les trains, les navires et les avions.
  • Feu – cuisine. La fumée noire provenant des feux de cuisine et du chauffage au bois, aux mauvaises herbes et aux excréments provoque chaque année la mort de 1.6 million de personnes et l'invalidité de 10 millions de personnes, principalement des femmes et des enfants. L'huile d'algues à combustion propre et à haute énergie peut mettre fin à la mort due à la fumée et aux nombreux handicaps liés à la fumée. Remplacer le bois, le fumier et les matériaux agricoles par l'huile d'algues permettra d'économiser énormément de travail lors de la collecte du bois de chauffage et permettra de replanter les forêts.

Solutions écologiques

  • Eau fraiche. L’écoulement des eaux usées via l’algaculture nourrit les plantes et nettoie l’eau. La production de carburant, de fourrage ou d’engrais à partir d’eaux usées ou de saumure permet d’économiser de l’eau qui serait autrement utilisée pour les cultures terrestres. Remplacer la moitié des exportations alimentaires américaines par des aliments issus de l’algoculture permettrait d’économiser 30 millions d’acres de terres cultivées, 2 5 milliards de gallons d’eau et XNUMX milliards de gallons de combustibles fossiles.
  • Air frais. L'évacuation des gaz de cheminée par l'algaculture élimine le CO₂, les oxydes d'azote, le soufre et les métaux lourds tels que le mercure des centrales électriques ou des installations industrielles, séquestre les gaz à effet de serre et purifie l'air. Les algues ne représentent qu'une solution partielle puisque la plante ne pousse qu'avec le soleil et que les centrales électriques fonctionnent 24 heures sur XNUMX. Certains producteurs ont signalé avoir réussi à utiliser des lampes de culture pour la production nocturne.
  • Engrais. Les algues fixatrices d'azote peuvent fournir des engrais riches en azote à un coût très faible, tant en termes de production qu'en termes d'intrants énergétiques. Le produit est naturel, soutient la production alimentaire biologique et peut fournir des engrais locaux bon marché aux agriculteurs de subsistance du monde entier. Les cendres d'algues conservent leur valeur fertilisante après avoir été brûlées dans des feux de cuisine.
  • Les forêts. Le carburant à base d'huile d'algues à haute énergie peut mettre fin à la nécessité de dénuder les forêts et les prairies pour la cuisson et le chauffage. Les villageois peuvent replanter leurs forêts avec des noix ou des légumineuses pour se nourrir afin de compenser les faibles calories fournies par les aliments à base d'algues.

Nouvelles solutions

  • Tissus. Les glucides des algues sont similaires au bois et peuvent être transformés en textiles, papier et matériaux de construction. Le papier d'algues et les matériaux de construction sauvent les forêts. Les tissus conservent les terres cultivées pour les cultures vivrières et fournissent de la chaleur. Les algues peuvent être transformées en plastiques biodégradables, en biocarburants ou en d'autres produits raffinés.
  • L'aide étrangère. L’aide étrangère américaine fournit de la nourriture américaine subventionnée, sape ou détruit la production alimentaire locale parce que les agriculteurs ne peuvent pas rivaliser avec la nourriture subventionnée par les États-Unis. Offrir de la nourriture ne parvient pas à s’attaquer à la cause profonde de la faim et de la pauvreté : le contrôle local sur les ressources alimentaires et l’engagement communautaire. L’aide étrangère en matière d’algaculture permettrait de transférer des connaissances et du matériel de démarrage pour cultiver localement des aliments, des carburants, du fourrage, des engrais et des médicaments à base d’algues.
  • Famine et secours en cas de catastrophe. Les algues, avec leur riche ensemble de vitamines et de minéraux, activent le système immunitaire et préviennent la famine tout en fournissant du carburant, du fourrage, des tissus, des engrais et des médicaments fins. Les secours en cas de catastrophe grâce à la production locale d’algues pourraient empêcher des millions de personnes de mourir de faim. La production locale d'algues résout le problème crucial de la distribution alimentaire.
  • Des médicaments fins. Des médicaments, des vaccins et des produits pharmaceutiques abordables et de haute qualité peuvent être fabriqués à partir de coproduits d’algues ou cultivés à partir d’algues bio-conçues pour produire des composés avancés tels que des antibiotiques, des vitamines, des nutraceutiques et des vaccins. Ces composés sont aujourd’hui cultivés dans des plantes et des animaux terrestres, de sorte que les algues offrent une production beaucoup plus rapide et moins coûteuse. Les algues synthétiques cultivées localement dans les villages pourraient sauver des millions de vies en fournissant des vaccins à faible coût ou d'autres médicaments qui ne nécessitent ni emballage ni distribution. Les médicaments fins, en particulier les médicaments personnalisés adaptés à un individu, peuvent offrir plus de valeur que tous les autres coproduits d'algues réunis.

Le premier système naturel de production alimentaire sur Terre, l'algaculture, offre des avantages extraordinaires. Les solutions apportées aux systèmes de culture commerciaux et à petite échelle déclencheront une ruée vers l’or vert pour produire des aliments, des carburants, du fourrage, des engrais et des médicaments de grande valeur et abordables à partir d’algues.

Les produits alimentaires à base d'algues peuvent créer une abondance de nourriture et d'énergie tout en réduisant la demande de produits alimentaires qui nécessitent de vastes terres cultivées, de l'eau douce, des engrais et des combustibles fossiles. Une production alimentaire qui ajoute uniquement de l’oxygène à l’atmosphère et ne pollue pas les écosystèmes locaux apportera un rendement net très positif à l’environnement.

Adapté de: Jardins solaires verts : la promesse des algues pour mettre fin à la faim 2009.

spiruline récoltée

Spiruline récoltée pour l’alimentation.

CHAPITRE 3 : Histoire et politique des algues

NAu début, toutes les sociétés humaines qui vivaient près d'un océan, d'un estuaire ou d'un lac utilisaient des algues pour se nourrir, du fourrage pour leurs animaux, de l'engrais pour leurs champs et des médicaments contre les coupures, les contusions et les maux d'estomac. Les algues séchées ont constitué le premier aliment portable et ont probablement servi de wampum dans le commerce, avec les perles de coquillages blanches. Des preuves archéologiques montrent que les premiers Néandertaliens autour de la Méditerranée mangeaient des algues ainsi que des crustacés.

L’extraordinaire capacité de productivité des algues est reconnue depuis plus d’un siècle comme une solution potentielle à la faim dans le monde. L’enthousiasme pour les algues en tant que solution alimentaire mondiale a éclaté à plusieurs reprises et a chaque fois éclaté de façon ignoble. Dans les années 1890, les experts s'inquiétaient de la prédiction de Thomas Malthus selon laquelle la croissance démographique dépasserait la nourriture et recommandaient des sources de nourriture non traditionnelles, notamment la levure, les champignons et les algues.

Une initiative similaire a eu lieu après la Première Guerre mondiale. Les scientifiques ont poursuivi leur recherche de sources alimentaires durables. Après la Seconde Guerre mondiale, plus de la moitié de la population mondiale était pauvre et affamée et les experts recommandaient l'agriculture non conventionnelle comme moyen de sortir du piège malthusien. Les algues sont apparues comme le meilleur antidote disponible et de nombreux projets pilotes ont tenté de produire des algues.

En 1948, des chercheurs ont annoncé qu'ils étaient capables de cultiver des algues nutritives en utilisant des matériaux peu coûteux dans des conditions de laboratoire contrôlées. Lorsqu'elle est cultivée dans des conditions optimales (étangs ensoleillés, chauds et peu profonds alimentés par du simple CO₂), la chlorelle convertit environ 20 % de l'énergie solaire disponible en biomasse végétale contenant plus de 50% de protéines une fois séchées. Contrairement à la plupart des plantes, la protéine de la chlorelle était complète avec les 10 acides aminés alors considérés comme essentiels et regorgeait de calories, de graisses et de vitamines.

Chlorelle en microscopie optique

Chlorelle en microscopie optique. Photo : Dr Barry H. Rosen

La presse s'est exaltée sur le potentiel des algues et Magazine des Colliers a esquissé une ferme du futur où de gros serpentins de tuyaux en verre produisaient des milliers de tonnes de protéines dans des fermes automatisées. Les experts, qui ne se sont pas laissés distancer par les journalistes, ont créé des scénarios plausibles dans lesquels les algues résoudraient l’approvisionnement alimentaire mondial à un coût quasi nul.

Malheureusement, les chercheurs se sont trompés sur la loi de Murphy et tout ce qui pouvait mal tourner s'est produit. Au lieu d’être robuste, la Chlorelle s’est révélée être un organisme très capricieux et a simplement cessé de croître avec de petits changements de température, de densité, de lumière, de pH et de nutriments. La plante était si fragile que la récolte par centrifugeuse endommageait la biomasse ainsi que la chaleur nécessaire à la déshydratation. Les parois cellulaires dures de la chlorelle la rendaient indigeste, ce qui augmentait le coût et l'énergie de la chaleur ou d'un traitement mécanique supplémentaire.

Alors que la plupart des chercheurs ont abandonné leur quête visant à résoudre la faim dans le monde grâce aux algues, la NASA a étudié dans les années 1950 l’utilisation des algues comme moyen de nourrir les astronautes lors de longs vols spatiaux. Dans ce qu'on appelle la « course aux algues », des projets soviétiques et américains se sont affrontés pour développer un système autonome de survie aérospatiale qui utiliserait des algues pour convertir les déchets des astronautes en air pur, en eau et peut-être en nourriture. Les scientifiques n’ont pas pu résoudre les problèmes de contamination et de poids et le programme a été abandonné.

Dans le cadre de cet effort, au moins un article de recherche a été publié en 1961 dans le Journal of Nutrition intitulé « L’alimentation des algues chez les humains ». Il résume les rares recherches sur les algues en tant qu’aliments humains. L'équipe de recherche de l'armée américaine a examiné la chlorelle du Japon cultivée dans des étangs, récoltée, centrifugée, lavée, chauffée et séchée sous vide pour obtenir une poudre verte. Leur analyse a montré que la composition était la suivante : protéines : 59 %, graisses (huiles) : 19 %, glucides : 13 %, humidité : 3 % et cendres : 6 %.

Les auteurs ont constaté que des compléments alimentaires à base d'algues allant jusqu'à 100 grammes par jour étaient tolérés par leurs cinq sujets humains. L’algue verte utilisée, la Chlorelle, donne à l’aliment complété une forte saveur d’épinard. Les préparations les plus acceptables étaient les biscuits, le gâteau au chocolat, le pain d'épices et le lait froid. Des suppléments plus importants créaient des problèmes d’estomac, mais les symptômes disparaissaient après l’arrêt des suppléments. L'équipe a conclu que les algues séchées peuvent être tolérées comme complément alimentaire, mais qu'une transformation ultérieure serait nécessaire avant qu'elles puissent devenir une source alimentaire majeure. Ces découvertes ont relégué les algues à un petit secteur du marché des aliments santé. Les recherches américaines sur les algues comme source de nourriture se sont pratiquement évaporées.

Heureusement pour l’humanité, la Révolution verte a commencé dans les années 1950 et les aliments à base d’algues ont de nouveau prospéré en raison de trois facteurs presque égaux :

  • L’invention de pompes plus puissantes pour l’irrigation
  • Nouvelles technologies pour fabriquer des engrais de synthèse
  • Les progrès de la génétique moléculaire qui ont permis de créer des semences à haut rendement

Des pompes plus puissantes et des tuyaux plus gros ont permis aux agriculteurs de surexploiter considérablement les eaux souterraines pour l'irrigation. Les agriculteurs ont également accumulé davantage d’engrais, de pesticides et d’herbicides dans leurs champs. La Révolution verte avait commencé et les rendements des céréales alimentaires ont doublé grâce à l’érosion des ressources fossiles bon marché et de l’eau douce.

Les sources de nourriture non agricoles étaient inutiles en raison des progrès de la production de céréales vivrières. Les consommateurs ont été conditionnés par la science-fiction, les journalistes et les films à se méfier des sources alimentaires non traditionnelles.

Les auteurs de science-fiction ont à la fois popularisé le concept d'aliments synthétiques et anticipé les réactions défavorables des consommateurs et les conséquences imprévues telles que la Tomate tueuse et Frankenfoods. HG Wells The Time Machine, 1895, La guerre des mondes, 1898, et La nourriture des dieux, 1905, d'Aldus Huxley Brave New World, 1932 et celui de Ward Moore Plus vert que vous ne le pensez, 1947, tous ont mis en garde contre les panacées biotechnologiques.

HHarry Harrison Faire de la place! Faire de la place! en 1966 et celui de Paul Ehrlich Bombe de la population, en 1968, a expliqué les conséquences horribles d’une croissance démographique effrénée. Le scénario apocalyptique de Harrison incluait le plancton, la levure et les algues comme aliments de base pour les masses affamées. La chlorelle avait un goût de poisson, c'est pourquoi les spécialistes du marketing ont décidé de produire une version améliorée qu'ils ont baptisée Soylent Green. Cela a conduit à l'adaptation cinématographique du livre de Harrison en 1973, Soylent Green, ce qui suggère que la culture de la biomasse algale utilise non seulement des déchets humains, mais également des humains recyclés. Même avec le cannibalisme, l’invention ne pouvait pas nourrir tout le monde. Les pénuries d’eau et d’engrais, la peste et les empoisonnements aux pesticides ont détruit les récoltes et pollué l’eau. L'effet de serre s'est intensifié, augmentant les inondations, les tempêtes violentes et la sécheresse. L’art imite en effet la vie.

Un remake de Soylent Green cela ferait reculer l’industrie des algues d’au moins dix ans. Alors que les auteurs de science-fiction suscitaient les craintes du public à l'égard des Frankenfoods, les gens étaient eux-mêmes confrontés à la bave verte dans leurs aquariums, piscines et cours d'eau récréatifs. La presse était impatiente de parler des dangers sensationnels des algues qui créaient des toxines mortelles, des marées rouges meurtrières et des zones mortes qui tuaient de nombreux organismes vivants.

Le président Jimmy Carter a lancé plusieurs projets d'algues pour amener les États-Unis vers l'indépendance énergétique, mais l'accent a été mis sur le déplacement de la production du réseau électrique du pétrole vers le charbon. Le dernier vestige de la recherche sur les algues de Carter, le programme sur les espèces aquatiques de 18 ans, a été interrompu par l'administration Clinton alors qu'elle prenait la décision politique de déplacer la R&D gouvernementale des biocarburants à base d'algues vers l'éthanol de maïs. Le résultat malheureux de cette politique a été que les universités et leurs professeurs n’ont pas pu recevoir de subventions pour étudier les algues pendant plus d’une décennie.

La recherche sur les algues a reçu un coup dur dans les années 1990, lorsque le Congrès a ignoré la science et misé sur l'éthanol de maïs pour l'avenir des biocarburants américains. Le maïs a reçu des subventions et des incitations dans le cadre d’une vague de promesses de greenwashing selon lesquelles l’éthanol serait durable, renouvelable, propre et remplacerait les importations de pétrole. Les recherches existantes ont montré que l'éthanol de maïs était à l'opposé de ces affirmations. Chaque acre de production de maïs érode six tonnes de sol, pollue les eaux souterraines et libère 2.5 tonnes de CO ainsi que des oxydes nitriques, des particules et du smog. Les 9 milliards de gallons d’éthanol produits en 2008 ont compensé moins de 3 % des importations américaines de pétrole, au prix de milliards de dollars en subventions et en pollution environnementale. La loi sur la politique énergétique de 2005 a établi une norme en matière de carburants renouvelables exigeant une production accrue de sources renouvelables, mais a laissé les matières premières d'algues en dehors de la politique des énergies renouvelables.

Les algues sont réapparues comme solution de biocarburant en 2008 avec l'émergence de deux associations industrielles, suivies par un journal professionnel de l'industrie, Magazine de l'industrie des algues. Les premières réunions industrielles de l'Algal Biomass Organization et de la National Algae Association en 2007 ont attiré un petit nombre de scientifiques et quelques entrepreneurs en biocarburants. Le Sommet 2009 de l'Algal Biomass Organization à San Diego a attiré plus de 800 personnes et a bénéficié d'une couverture médiatique internationale.

La politique des algues est confrontée à un avenir difficile, car les algues doivent rivaliser économiquement et écologiquement avec d’autres solutions énergétiques vertes. D’autres solutions d’énergies renouvelables produisent de l’électricité mais pas d’essence, de diesel ou de carburéacteur. Les algues constituent à elles seules la solution viable pour évoluer vers l’indépendance énergétique avec les carburants liquides de transport nécessaires aux navires, avions, camions et avions pour les 50 prochaines années.

CHAPITRE 4 : Quels sont les avantages concurrentiels des algues ?

NLes algues unicellulaires de taille ano comptent parmi les premières formes de vie sur Terre. Ils survivent dans bon nombre des environnements les plus difficiles de la Terre depuis 3.7 milliards d’années. La simplicité des algues permet à ces plantes d'être incroyablement robustes : non seulement elles survivent, mais elles produisent également une biomasse de grande valeur dans des environnements difficiles. Dans de bonnes conditions de culture, les algues produisent de la biomasse protéique et énergétique avec des rendements par acre 30 à 100 fois supérieurs à ceux des plantes terrestres.

Les algues sont essentielles à la vie sur Terre car elles produisent la matière organique à la base de la chaîne alimentaire. La biomasse est mangée par tout, du plus petit krill aux grandes baleines bleues. Les algues produisent également la majeure partie de l’oxygène nécessaire aux autres formes de vie aquatique et fournissent environ 70 % de notre oxygène atmosphérique quotidien.

Les algues, nom latin des algues, se présentent sous toutes les formes et toutes les tailles. Les microalgues sont des organismes microscopiques unicellulaires souvent inférieurs à 5µ (microns) de largeur. Le point à la fin de cette phrase est d’environ 100 µ.

Les algues poussent partout sur Terre, y compris sous les deux calottes glaciaires. Leurs environnements préférés sont les endroits humides ou l’eau, mais les algues sont courantes sur terre ainsi que dans les milieux aquatiques. Les sols, les roches, les arbres et la glace contiennent des cellules d'algues séchées et nombre d'entre elles sont encore viables. Diverses espèces d’algues poussent dans tous les types d’eau, ce qui les rend excellentes pour le contrôle de la pollution.

Les algues représentent environ 10 % des algues et il existe des espèces plus grandes qui vivent dans les environnements marins comme le varech : des algues brunes qui peuvent atteindre 180 pieds. Les algues peuvent sembler avoir des troncs et des feuilles semblables à ceux des plantes terrestres, mais ces structures sont en réalité des cellules indifférenciées appelées pseudo-feuilles. Dans les régions tropicales, les algues corallines contribuent à la construction des coraux et soutiennent la formation de récifs coralliens et d’autres espèces vivant en symbiose avec les éponges.

Varech, diatomées et algues vertes fibreuses

Varech, diatomées et algues vertes fibreuses

Loin des océans, la plupart des algues ne vivent pas dans les cours d’eau, mais dans les sols. Les algues vivent en symbiose dans les racines des plantes terrestres où elles décomposent les composés du sol et rendent les nutriments biodisponibles pour les plantes. Les algues bleu-vert, également connues sous le nom de cyanobactéries, servent également les cultures en fixant l'azote de l'atmosphère dans les nodules des racines ou directement à la surface des plantes. De nombreuses plaines, montagnes et déserts sont recouverts de croûtes d’algues qui maintiennent le sol en place, fournissent une base aux plantes avec racines et retiennent l’humidité essentielle du sol. Les algues fabriquent des matériaux de construction tels que le calcaire, matériau utilisé par les Égyptiens pour construire les grandes pyramides.

Croûte d'algues

Croûte d'algues

Diverses algues maximisent différents composants. Certaines espèces offrent plus de 50 % de lipides (huile), d'autres 60 % de protéines et d'autres encore 90 % de glucides. Le produit alimentaire, la protéine, de certaines espèces a peu d'odeur ou de goût naturel, de sorte que le produit peut acquérir les caractéristiques souhaitées telles qu'une odeur, une couleur, une texture, une densité ou un goût. Les tests de goût à l'aveugle entre les algues et le soja favorisent les algues car les algues n'ont pas le goût amer et féculent du soja non transformé. Comme les céréales alimentaires, la biomasse d’algues bénéficie de la transformation des aliments pour maximiser le goût, la texture, la couleur et l’attrait en bouche.

Les algues sont très efficaces pour convertir la lumière, l’eau et le carbone en biomasse contenant des composés huileux (lipides) qui peuvent être extraits et transformés en essence, diesel vert ou carburéacteur. La biomasse restante, principalement des protéines et des glucides, peut être transformée en aliments, médicaments, vaccins, minéraux, aliments pour animaux, engrais, pigments, vinaigrettes, glaces, puddings, laxatifs et crèmes pour la peau. Un exemple de composition d’algues montre une espèce d’algue dont 40 % de la biomasse végétale est constituée de pétrole.

Composition des algues
Les algues grasses, également appelées algues oléagineuses, sont des espèces qui produisent de grandes quantités de lipides. Les algues vertes ne ressemblent peut-être pas à une matière première de pétrole brut, mais le pétrole utilisé dans les véhicules d'aujourd'hui est dérivé de la biomasse préhistorique qui provenait en grande partie de la prolifération d'algues dans les anciennes zones humides et océans.

La décomposition de la biomasse naturelle a commencé il y a plus de 200 millions d'années, au Carbonifère, dans des conditions de chaleur et de pression énormes. Le pétrole pompé de la mer du Nord est constitué d’algues haptophytes décomposées appelées coccolithophoridés. Les algues constituent également les principaux composants de la terre de diatomées, des schistes houillers et du charbon. Les Égyptiens construisaient leurs pyramides avec du calcaire formé d'algues.

Avantages des algues
L’avantage de productivité annuel des algues, de 30 à 100 fois supérieur au rendement annuel par acre, est dû en grande partie aux différences entre les plantes terrestres et aquatiques. Les algues s’expriment dans un nombre presque illimité d’espèces et de souches, ce qui en fait un organisme unique. Plusieurs caractéristiques clés différencient les algues des plantes terrestres.

Les algues sont des organismes aquatiques qui se développent dans l’eau douce, salée, saumâtre, de mer ou dans les eaux usées. Les plantes terrestres ont besoin d’eau douce pour croître, car les gros ions de sel obstruent leur plomberie et leur système racinaire, privant ainsi la plante d’eau et de nutriments. Les algues prospèrent dans l’eau salée car elles ont évolué dans d’anciens océans très salés. Les ions sel ne posent aucun problème aux algues, car celles-ci n’ont pas de racines.

Les algues ont développé des stratégies critiques de croissance, de propagation et de survie au cours de leurs plusieurs milliards d’années sur Terre. Les plantes terrestres ont évolué à partir d'algues il y a seulement 500 millions d'années et nécessitent une saison de croissance complète, soit 120 à 140 jours, pour produire des graines pour une nouvelle génération. Au fur et à mesure que les plantes terrestres poussent sur une génération, les algues peuvent se propager sur des millions de générations car les algues n'ont pas de saison de croissance. Les algues diffèrent des plantes terrestres à bien des égards.

Avantages compétitifs des algues

  • Superstructure. Les plantes terrestres investissent une grande partie de leur énergie dans la construction d’une structure cellulosique, notamment le tronc, les feuilles et les tiges, pour résister au vent et aux intempéries. Les algues n’ont pas une telle exigence. L’eau soutient les algues comme un utérus naturel.
  • Sex. Les plantes terrestres investissent 35 % de leur énergie dans la construction et le maintien de leur appareil sexuel. Les algues sont des organismes simples et unicellulaires qui n'ont pas à se soucier des structures sexuelles. Lorsque les conditions sont bonnes, les algues se propagent sexuellement. Lorsqu’un facteur de stress survient, les cellules peuvent proliférer de manière asexuée.
  • Roots. Les plantes terrestres investissent 25 % de leur énergie dans les racines qui les maintiennent en place et rendent les plantes dépendantes de l'humidité du sol in situ et des nutriments biodisponibles, généralement fournis par les microbes du sol tels que les algues. Les algues n'ont pas de racines et certaines espèces poussent des flagelles, qu'elles peuvent remuer pour se déplacer vers les nutriments, l'humidité ou l'énergie solaire.
  • Vitesse de croissance. Les plantes terrestres telles que les céréales alimentaires nécessitent une saison de croissance complète, du printemps à l'automne, soit souvent 140 jours ou plus pour produire une seule récolte. Les algues ont appris à prospérer lorsqu’elles sont nourries et peuvent atteindre rapidement leur maturité. Une cellule d’algue peut produire plus d’un million de descendants en une seule journée.
  • Direction. Les plantes terrestres poussent lentement dans une direction, vers le soleil, et peuvent doubler leur biomasse en 10 jours. Puis ils ralentissent progressivement la croissance jusqu’à maturité. Les algues poussent dans toutes les directions, à 360°, et peuvent tripler ou quadrupler leur biomasse quotidiennement.
  • Récolte continue. Les algues se développent si rapidement que la moitié de la biomasse algale peut être récoltée quotidiennement. La récolte peut avoir lieu chaque jour où le soleil brille, soit 360 jours par an dans des endroits comme l'Arizona, le Nouveau-Mexique, le Colorado et le Texas.
  • Saison de croissance continue. Certains producteurs d'algues cultivent des algues toute l'année en utilisant des espèces adaptées à chaque saison. Certains producteurs utilisent des lampes de culture pour augmenter l'énergie solaire. Plusieurs producteurs expérimentent les LED et d’autres formes de lumière pour prolonger la croissance au-delà des heures de clarté.
  • Production robuste. Un seul événement au cours d’une saison de croissance entière, tel qu’un pic de température, une sécheresse, des insectes, du vent ou de la grêle, peut dévaster toute une culture de céréales vivrières. En cas de mauvais temps, les algues se reposent et ralentissent leur croissance ou entrent en dormance. Lorsque le temps s'améliore, les algues reprennent leur croissance rapide.
  • Fixation de l'azote. Les algues bleu-vert connues sous le nom de cyanobactéries sont capables de fixer l'oxygène de l'atmosphère, ce qui favorise leur croissance, car l'azote est souvent le nutriment limitant dans l'eau stationnaire.
  • composition. La biomasse verte des plantes terrestres, comme le maïs, peut être composée à 80 % de matières non pétrolières ou de déchets, car la majeure partie de la composition végétale est une structure cellulosique plutôt que des protéines pour les huiles alimentaires ou productrices d'énergie. Certaines souches d’algues produisent 50 % de lipides – des huiles qui peuvent être converties directement en carburéacteur ou en diesel vert.
  • Énergie stockée. Les plantes terrestres telles que le maïs peuvent être converties en éthanol qui brûle avec moins de chaleur et ne fournit que 64 % du MPG de l'essence. Les algues convertissent le soleil, le CO2 et d'autres nutriments en longues chaînes de carbone qui peuvent être converties en carburants de transport liquides plus puissants tels que le JP-8, le carburéacteur et le diesel vert qui peuvent contenir 30 à 50 % plus d'énergie par gallon que l'essence.
  • Énergie positive. La production d’éthanol à partir du maïs est un puits d’énergie car elle consomme plus d’énergie, principalement du diesel et de l’électricité, que le carburant n’en fournit. Les algues peuvent produire des carburants en utilisant peu ou pas de combustible fossile.
  • Durable. Les cultures terrestres consomment d’énormes quantités de ressources fossiles qui finiront par s’épuiser : des sols fertiles, de l’eau douce, des combustibles fossiles, des engrais et des produits chimiques agricoles fossiles. Les algues ne rivalisent pas avec les cultures terrestres pour les ressources et peuvent croître avec des ressources abondantes qui ne s'épuiseront pas, notamment le soleil, les eaux usées et le surplus de CO₂.
  • Écologiquement positif. La production céréalière moderne ajoute 2.5 tonnes de CO₂ par acre, ainsi que des oxydes nitriques, des particules et du smog. Chaque acre de culture érode six tonnes de sol, qui transportent des nutriments et des produits chimiques qui polluent les zones humides, les rivières et les lacs. La culture des algues rejette uniquement de l'oxygène dans l'atmosphère tout en séquestrant le CO₂ et évite l'érosion des sols et la pollution des écosystèmes.
  • Indépendance géographique. Contrairement aux cultures terrestres, de nombreuses espèces d’algues poussent dans les environnements les plus difficiles de la planète. Dans les systèmes de culture fermés et semi-fermés, les algues peuvent être cultivées à presque n’importe quelle altitude, latitude, longitude ou géographie.

Les algues sont des organismes robustes qui offrent de nombreux avantages par rapport aux cultures terrestres. Les algues restent l’organisme le plus sous-développé sur Terre. Domestiquer les algues pour en tirer leurs nombreux avantages constitue l’un des défis les plus importants du 21e siècle.

CHAPITRE 5 : Classification des algues

Ales algues sont des plantes vivantes qui enfreignent les règles de classification des plantes car elles ont évolué sous de nombreuses formes différentes : cellules, plantes multicellulaires, bactéries et dans des combinaisons presque infinies. Bien que les différentes espèces partagent certaines caractéristiques, les différentes algues, même celles de la même espèce, présentent une extraordinaire variété de forme, de taille, de structure, de composition et de couleur.

Une seule espèce d'algue peut changer de forme, de composition et de couleur en une seule journée en fonction de variables de culture telles que l'énergie lumineuse disponible, les nutriments, la température et l'acidité, le pH. Comme tous les organismes vivants, lorsque les algues sont stressées, elles passent en mode survie, ce qui modifie la vitesse et la composition du métabolisme cellulaire. Les facteurs de stress peuvent amener les algues à stocker plus d’huile au détriment des protéines ou des glucides, pour les utiliser ultérieurement comme source d’énergie. Certaines algues semblent accumuler davantage de pétrole afin de remonter jusqu’au sommet de la colonne d’eau où elles peuvent récolter davantage d’énergie solaire.

La classification des algues en groupes taxonomiques suit les mêmes règles que celles utilisées pour la classification des plantes terrestres. La classification des plantes terrestres a précédé celle des algues, car de nombreuses espèces d'algues de taille nanométrique ne pouvaient pas être observées avant les microscopes avancés. Les principaux groupes d'algues se distinguent sur la base de la pigmentation, de la forme, de la structure, de la composition de la paroi cellulaire, des caractéristiques des flagelles, des produits stockés et de la méthode de propagation.

Les algues présentent tellement de variations, même au sein de chaque espèce, qu'elles expriment des exceptions à presque toutes les règles de classification. Il est intéressant de noter que de nombreuses espèces peuvent modifier leur façon de se propager en fonction des conditions ambiantes. Lorsque les conditions sont bonnes, ils se propagent sexuellement. Lorsque les conditions se dégradent, ils sont capables d’utiliser une ou plusieurs méthodes asexuées telles que la division cellulaire, la fragmentation ou les spores.

La capacité de voir des différences infimes dans les cellules d’algues au microscope électronique a considérablement modifié les classifications depuis les années 1960. Les changements de classification se poursuivent à mesure que de nouveaux différenciateurs sont découverts.

Les algues se différencient des autres plantes car elles :

  • Afficher la capacité d'effectuer la photosynthèse avec la production d'oxygène moléculaire, associée à la présence de chlorophylle a, b or c;
  • Ne disposent pas de tissus ou d'organes de transport spécialisés constitués de cellules interconnectées qui déplacent les nutriments et les métabolites entre différents sites de l'organisme ;
  • Se reproduire sexuellement ou asexuée pour produire des gamètes qui ne sont généralement pas entourés de tissu parental multicellulaire protecteur.

Les plantes terrestres ont évolué à partir d'algues il y a environ 500 millions d'années et ont développé des cellules spécialisées pour absorber et déplacer les nutriments ainsi que pour se reproduire. Les algues se distinguent des plantes supérieures par l’absence de véritables racines, tiges ou feuilles. Certaines algues, comme le varech, semblent avoir des feuilles, mais ce sont des pseudo-feuilles constituées de la même structure cellulaire que le reste de la plante. Les scientifiques pensent que les macroalgues – les algues – se sont développées en parallèle avec les plantes terrestres.

Des collections de cultures d'espèces d'algues sont disponibles à l'Université de Toronto, à l'Université de Berkeley, à l'Université du Texas, à l'Université de Copenhague, au Scottish Marine Institute, à l'Académie chinoise des sciences, à l'Université de Prague et à la Fédération mondiale des collections culturelles. La plupart des collections fournissent des informations sur la composition et la culture, des ventes de culture, des détails descriptifs et des images. L'excellente collection de l'Université du Texas offre un large éventail de paramètres consultables. Le Laboratoire d'images d'algues at Bowling Green fournit gratuitement des images numériques d'algues à des fins éducatives.

De nombreuses espèces sont unicellulaires et microscopiques, notamment le phytoplancton et d'autres microalgues, tandis que d'autres sont multicellulaires et peuvent atteindre la hauteur d'arbres comme le varech. La phycologie, l'étude des algues, comprend l'étude des formes procaryotes connues sous le nom d'algues bleu-vert ou cyanobactéries. Certaines algues vivent également en symbiose avec les lichens, les coraux et les éponges. L'organisme unicellulaire de base, les algues, présente l'aspect général illustré sur la figure.

Cellule d'algues

Cellule d'algues

Les plantes d'algues vertes eucaryotes (du grec « vraie noix ») sont structurées comme une noix avec une coquille protégeant leur matériel génétique, qui est organisé en organites. Les algues vertes créent des structures discrètes avec des fonctions spécifiques et possèdent un ou plusieurs noyaux liés à une double membrane. Les cellules procaryotes des algues bleu-vert, les cyanobactéries, ne contiennent aucun noyau ni autre organite lié à la membrane.

Les algues peuvent être de petites créatures vivantes même si ce ne sont pas des animaux. Beaucoup savent nager, comme les dinoflagellés qui ont de petites structures en forme de fouet appelées flagelles, qui les tirent ou les poussent dans l'eau. Certaines algues écrasent une partie de leur corps vers l’avant et rampent le long de surfaces solides. Quelques algues peuvent même former des bourgeons oculaires capables de détecter la lumière, essentielle à leur approvisionnement en énergie.

D'autres espèces sont constituées de fins filaments avec des cellules reliées d'un bout à l'autre. Certains se regroupent pour former des colonies tandis que d’autres flottent indépendamment. Les algues peuvent pousser sous presque toutes les formes, comme des cônes, des tubes, des filaments ou des cercles. Les algues ont bien plus de formes que les plantes terrestres et peuvent changer de forme ou de structure pour s'adapter aux conditions locales. Des étapes majeures dans la complexité cellulaire se sont produites avec la progression évolutive du virus à la bactérie, puis des cellules procaryotes des bactéries aux cellules eucaryotes des algues. Les parois cellulaires permettent aux algues de se protéger du milieu environnant, généralement de l’eau et de la pression, appelée pression osmotique.

Parois cellulaires d'algues

Parois cellulaires d'algues

Les parois cellulaires régulent la pression osmotique produite par l'eau essayant de s'écouler dans ou hors de la cellule à travers ses membranes semi-perméables en raison d'un différentiel de concentrations de solution. Les algues possèdent généralement des parois cellulaires constituées de cellulose, de glycoprotéines et de polysaccharides. Certaines espèces ont une paroi cellulaire composée d'acide silicique (silicium) ou alginique.

Les algues rouges, par exemple, constituent un groupe important d’environ 10,000 XNUMX espèces d’algues marines pour la plupart multicellulaires, y compris les algues. Il s'agit notamment des algues corallines, qui vivent en symbiose avec les coraux, sécrètent du carbonate de calcium et jouent un rôle majeur dans la construction des récifs coralliens. Algues rouges comme le dulse (Palmaria palmata) et l'alve (nori ou gim) font partie traditionnelle de la cuisine européenne et asiatique et sont utilisés pour fabriquer d'autres produits tels que l'agar, les carraghénanes et d'autres additifs alimentaires.

La grande classification des algues comprend :

  • Bacillariophyta - diatomées
  • Charophyta - stoneworts
  • Chlorophyta – algues vertes
  • Chrysophyta – algue dorée
  • Cyanobactéries – bleu-vert
  • Dinophyta – dinoflagellés
  • Phaeophyta – algue brune
  • Rhodophyta - algues rouges
Diatomées, stoneworts et dinoflagellés

Diatomées, stoneworts et dinoflagellés

Les algues vertes ont évolué avec des chloroplastes, ce qui permet la photosynthèse et améliore considérablement l'O disponible. Les algues bleu-vert ont fait l'objet de la plupart des recherches récentes car de nombreux scientifiques formés à la recherche sur les bactéries ont commencé à étudier la valeur commerciale de cette plante, classée à la fois comme algue bleu-vert et comme bactérie ; cyanobactéries.

Prochlorococcus, une algue bleu-vert, est peut-être le plus petit organisme sur Terre, mesurant seulement 0.6 microns (millionièmes de mètre), mais c'est l'un des organismes les plus abondants sur la planète. Une seule goutte d’eau peut contenir plus de 100,000 XNUMX de ces organismes unicellulaires. Sallie Chisholm du MIT étudie les Prochlorococcus et affirme que des milliards de ces minuscules cellules constituent des forêts invisibles et assurent environ la moitié de la photosynthèse des océans.

Classification des algues

Groupe taxonomique Chlorophylle Les caroténoïdes Produits de stockage
bacillariophyte un, c β-carotène, ±-carotène rarement fucoxanthine Huiles de chrysolaminarine
Chloro phycophyta (algues vertes) a, b β-carotène, ±-carotène rarement carotène et lycopène, lutéine Amidon, huiles
Chrysophycophyta (algues dorées) un, c β-carotène, fucoxanthine Huiles de chrysolaminarine
Cyanobactéries (algues bleu-vert) un, c β-carotène, phycobilines
Phaeco phycophyta (algues brunes) un, c β-carotène, ± fucoxanthine, violaxanthine Laminarine, glucides solubles, huiles
Dinophyta (dinoflagellés) un, c β-carotène, péridinine, néopérididnine, dinoxanthine, néodinoxanthine. Amidon, huiles
Rhodo phycophyta (algue rouge) a, rarement d β-carotène, zéaxanthine, ± β carotène Amidon de Floride, huiles

 

Couleurs
Le vert souvent associé aux algues provient de la chlorophylle mais les algues contiennent également des pigments de nombreuses couleurs, notamment le cyan, le rouge, l'orange, le jaune, le bleu et le marron. Certaines variétés sont incolores. Les algues vertes apparaissent vertes car le vert est la seule couleur de la lumière qu’elles n’absorbent pas. Les algues rouges absorbent un spectre complet de couleurs et reflètent le rouge. Les algues rouges peuvent pousser plus profondément dans les océans que la plupart des autres espèces, car elles sont équipées pour absorber la lumière bleue qui pénètre profondément dans l’océan.

Les algues utilisent des pigments pour capter la lumière du soleil pour la photosynthèse, mais chaque pigment ne réagit qu'avec une gamme étroite du spectre. Par conséquent, les algues produisent une variété de pigments de différentes couleurs pour capter davantage l’énergie du soleil. Les algues canalisent la lumière vers la chlorophylle a, qui convertit l'énergie lumineuse en liaisons à haute énergie de molécules organiques.

Algues vertes, bleues et rouges

Algues vertes, bleues et rouges

Les algues donnent de la couleur aux herbivores qui s'en régalent. Les algues donnent une teinte verdâtre à la fourrure blanche du célèbre paresseux géant. Les algues vivent dans les poils creux des ours polaires et fournissent le pigment rose aux flamants roses, qu'ils consomment dans les crevettes et les algues. Des caroténoïdes d'algues similaires donnent la pigmentation rose au saumon.

La centrale nucléaire de Palo Verde, en Arizona, a attiré un flamant rose dans ses bassins de refroidissement il y a plusieurs années. Le pauvre oiseau est devenu blanc et a suscité des spéculations dans la presse mondiale sur d’éventuelles fuites de radiations. Heureusement, un biologiste a découvert que les étangs manquaient de bêta-carotène dans les algues pour maintenir la coloration rose de l'oiseau. Le flamant s'est envolé vers un autre étang rempli d'algues et a rapidement retrouvé sa couleur rose.

Les algues peuvent se développer en symbiose avec des champignons pour créer du lichen, la matière rugueuse colorée située sur la face ensoleillée des rochers et des arbres. Les algues et le champignon partagent une dépendance mutuelle dans la mesure où les algues produisent de la nourriture pour les deux plantes et, en échange, obtiennent de l'eau et des minéraux du champignon. Le champignon offre également une protection essentielle contre le dessèchement : il sèche et meurt au soleil.

L'utilisation d'algues et de lichens pour les pigments et les colorants est antérieure à Jules César. La couleur rouge classique des tuniques romaines provenait de pigments extraits de lichens appelés ourchilles. Les femmes romaines appréciaient la plante et l’utilisaient comme rouge pour donner plus de couleur à leur visage. Presque tous les cosmétiques modernes contiennent des composants d’algues pour améliorer la couleur, l’émulsification et/ou la rétention d’humidité.

CHAPITRE 6 : Sélection des espèces d'algues

ALes producteurs d'algues sélectionnent des souches d'algues spécifiques pour les composés précieux cultivés dans la biomasse algale. La biomasse algale comprend principalement des lipides, utilisés pour produire des biocarburants, des protéines destinées à l'alimentation humaine et animale et des nutraceutiques, ainsi que des amidons et des glucides qui peuvent être transformés en une litanie de produits.

Les lipides sont des molécules à longue chaîne carbonée qui stockent l’énergie pour la plante et servent de composants structurels aux membranes cellulaires. Les lipides sont des huiles qui rendent la plante plus flottante afin qu'elle remonte la colonne d'eau vers l'énergie solaire. Certaines espèces d'algues produisent naturellement une production très élevée de lipides, par exemple 80 % en poids sec, mais leur croissance est très lente. D'autres espèces poussent très vite et stockent naturellement environ 20 % de lipides, mais lorsqu'elles sont stressées par une limitation en nutriments, elles stockent environ 40 % de lipides.

Les protéines sont de gros composés organiques constitués d’acides aminés, disposés en une chaîne linéaire reliée par des liaisons peptidiques. Le code génétique de la plante détermine la séquence des acides aminés, mais les limitations en nutriments peuvent entraîner des modifications dans la production d'acides aminés. La plupart des protéines sont des enzymes qui catalysent les réactions biochimiques et le métabolisme des plantes. D'autres protéines maintiennent la forme des cellules et assurent des fonctions de signalisation au sein de la plante.

Les algues utilisent la photosynthèse et l'énergie solaire pour produire du glucose à partir du dioxyde de carbone. Le glucose est stocké principalement sous forme de granules d'amidon, dans des plastes tels que les chloroplastes et les amyloplastes. Les algues peuvent produire du glucose soluble dans l’eau, du sucre végétal, mais cela consomme beaucoup d’espace. Les algues ont adapté la capacité de produire du glucose sous forme d’amidon, des glucides complexes qui ne sont pas solubles et qui se stockent de manière compacte. L'amidon est le glucide le plus important dans l'alimentation humaine et les glucides d'algues peuvent remplacer les farines de céréales alimentaires telles que le maïs, le blé, les pommes de terre ou le riz. Les amidons peuvent également être fermentés en une grande variété d’alcools ou de biocarburants.

La voie à suivre basée sur Programme sur les espèces aquatiques et l'expérience d'autres recherches sur la production d'algues montre que les espèces d'algues robustes pour la production de biocarburants ont besoin des propriétés suivantes :

  • Produit une teneur élevée et constante en lipides.
  • Croissance continue ce qui nécessite de surmonter le problème de stabilité commun aux cultures d'algues.
  • Démontre une efficacité photosynthétique élevée.
  • Pousse avec les différences climatiques saisonnières et les changements quotidiens de températures.
  • Crée un encrassement minimal lors de la fixation sur les côtés ou au fond des conteneurs.
  • Facile à récolter et à extraire des lipides avec des parois cellulaires molles ou flexibles.

Les producteurs d'algues peuvent sélectionner et acheter des espèces dans les collections de cultures disponibles à l'Université du Texas, à l'Université de Toronto, à l'Université de Berkeley, à l'Université de Copenhague, au Scottish Marine Institute, à l'Académie chinoise des sciences, à l'Université de Prague et à la Fédération mondiale des collections culturelles. . La plupart des collections proposent des ventes de culture, des compositions et des images. La Galerie des Algues au Smithsonian National Museum of Natural History comprend des informations considérables sur les algues et des liens vers des sites d'algues.

La variation de la composition entre les espèces varie énormément. Certaines algues contiennent 80 % de lipides tandis que d’autres produisent 60 % de protéines et d’autres encore contiennent 92 % de glucides. La sélection des espèces est essentielle non seulement pour la composition souhaitée, mais aussi pour une multitude de variables de structure et de croissance qui varient considérablement selon les espèces et les souches.

Variation de la composition selon les espèces d'algues

Variation de la composition selon les espèces d'algues

Lorsque les algues sont limitées en nutriments, comme l’azote, le phosphore ou le soufre, elles diminuent la production d’acides gras polyinsaturés essentiels et peuvent produire des protéines de moindre qualité contenant moins d’acides aminés. La privation de nutriments peut entraîner une augmentation de la production de lipides par les algues, mais elle ralentit ou arrête généralement la propagation et la croissance. Les bioingénieurs travaillent sur des algues qui augmentent les lipides sans privation de nutriments. Plusieurs laboratoires de recherche ont créé des souches d’algues génétiquement modifiées qui sécrètent de l’huile sans récolte, permettant ainsi une production continue. Éviter la récolte et l’extraction du pétrole élimine d’énormes facteurs de temps et de coûts.

Les variétés d’algues offrent une combinaison presque illimitée de fonctionnalités. Les attributs spéciaux sont améliorés grâce à des examens de sélection pour les organismes naturels, à la bio-ingénierie et à l'hybridation. Des experts en algues comme les Drs. Milton Sommerfeld et Jerry Brand ont investi de nombreuses décennies dans la recherche d'algues naturelles présentant des propriétés recherchées dans les zones humides, les lacs et les déserts. Le Dr Bruce Rittmann a travaillé sur la modification génétique des algues pour produire plus d'huile ou d'autres composés avancés. De nombreux producteurs d'algues ont travaillé à l'hybridation de souches d'algues par fertilisation croisée afin de maximiser les caractéristiques de croissance souhaitables, la facilité de récolte et d'extraction et les composés souhaitables.

Chaque espèce d'algues offre une proportion différente de lipides, d'amidons et de protéines, tableau 1. Certaines algues sont riches en protéines et d'autres sont principalement des amidons ou des lipides. Les variations dans la culture peuvent modifier considérablement la composition de la biomasse algale.

Tableau 1. Composition des diverses algues (% de matière sèche)

Algues Lipides Protéines Les glucides
Anabaena cylindrique 4-7 43-56 25-30
Aphanizomenon flos-aqua 3 62 23
Arthrospire maxima 6-7 60-71 13-16
Botryocoque brunii 86 4 20
Chlamydomonas rheinhar. 21 48 17
Chlorelle ellipsoïdée 84 5 16
Chlorelle pyrénoïde 2 57 26
Chlorella vulgaris 14-22 51-58 12-17
Dunaliella saline 6 57 32
Euglena graciles 14-20 39-61 14-18
Prymnésium parvum 22-38 30-45 25-33
Porphyridium 9-14 28-39 40-57
Scènedesmus obliquus 12-14 50-56 10-17
Spirulina platensis 4-6 46-630 8-14
Spiruline maxima 6-7 60-71 13-16
Spirogyra sp. 11-21 6-20 33-64
Spirulina platensis 4-9 46-63 8-14
Synechococcus sp. 11 63 15

 

Les huiles d'algues sont extrêmement riches en acides gras insaturés et diverses espèces d'algues fournissent :

  • L'acide linoléique, un acide gras oméga-6 insaturé utilisé pour les savons, les émulsifiants, les huiles à séchage rapide et une grande variété de produits de beauté. Les propriétés de rétention d'humidité sont des remèdes cutanés appréciés utilisés pour lisser et hydrater, comme anti-inflammatoire et pour réduire l'acné.
  • L'acide arachidonique, un acide gras oméga-6 également présent dans l'huile d'arachide. Ce produit modère l'inflammation et joue un rôle important dans le fonctionnement du système nerveux central.
  • Acide eicopentaénoïque, un acide gras oméga-3 et donne les mêmes bienfaits que l'huile de poisson, qui provient bien sûr des algues. La recherche suggère que l’EPA pourrait améliorer l’activité cérébrale, réduire la dépression et modérer les comportements suicidaires.
  • Acide docasahexaénoïque, un acide gras oméga-3 que l'on trouve généralement dans l'huile de poisson et qui est l'acide gras le plus abondant présent dans le cerveau et la rétine. La carence en DHA est associée au déclin cognitif et augmente la mort des cellules neurales. Le DHA est épuisé dans le cortex cérébral des patients gravement déprimés.
  • Acide gamma-linolénique, un acide gras oméga-6 présent dans l’huile végétale et qui a été extrait pour la première fois de l’onagre. Il est vendu comme complément alimentaire pour traiter les problèmes d’inflammation et les maladies auto-immunes. Des recherches sont en cours sur sa valeur thérapeutique contre le cancer pour supprimer la croissance tumorale et les métastases.

Les composants d'algues se trouvent couramment dans les ingrédients alimentaires. Une famille normale qui utilise des produits laitiers normaux peut constater que 70 % des articles de son panier d’épicerie contiennent des ingrédients à base d’algues. Les carraghénanes qui composent les parois cellulaires de plusieurs espèces d'algues rouges et brunes constituent une famille de polysaccharides linéaires. Le matériau de la paroi cellulaire carraghénane est un colloïde, utilisé comme stabilisant ou émulsifiant et est couramment présent dans les produits laitiers et de boulangerie.

Gélose. Cette substance, un polysaccharide, solidifie presque tout ce qui est liquide. L'agar est un agent colloïdal utilisé pour épaissir, mettre en suspension et stabiliser. Cependant, il est surtout connu pour sa capacité unique à former des gels thermiquement réversibles à basse température. L'agar est utilisée en Chine depuis le XVIIe siècle et est actuellement produite au Japon, en Corée, en Australie, en Nouvelle-Zélande et au Maroc.

Agar

Agar

Aujourd'hui, l'agar sert aux scientifiques du monde entier comme milieu de type gélatine pour la croissance d'organismes dans le cadre d'études scientifiques et médicales. L'agar est largement utilisée dans l'industrie pharmaceutique comme laxatif ou comme support inerte pour les produits médicamenteux où une libération lente du médicament est requise. La bactériologie et la mycologie utilisent la gélose comme agent raidissant dans les milieux de croissance.

L'agar est également utilisé comme stabilisant pour les émulsions et comme constituant de préparations cosmétiques pour la peau, de pommades et de lotions. Il est utilisé dans les films photographiques, les cirages à chaussures, les moules à empreintes dentaires, les savons de rasage, les lotions pour les mains et dans l'industrie du bronzage. Dans l'alimentation, l'agar est utilisé comme substitut de la gélatine, comme agent anti-desséchant dans les pains et pâtisseries et également comme gélifiant et épaississant. L'agar est utilisé dans la fabrication de fromages fondus, de mayonnaises, de puddings, de crèmes, de gelées et dans la fabrication de produits laitiers surgelés.

Nori, le mot japonais désignant l'algue, est populaire dans le monde entier, mais surtout en Asie où il est servi sous divers noms tels que kombu, wakame, hai dai, laminaria et limu. Les cuisiniers écossais l'appellent dulse et les Irlandais appellent leur produit dillisk. Amanori est spécifiquement les aliments fabriqués à partir de l’espèce Porphyra car ils contiennent des acides aminés essentiels, des vitamines et des minéraux. En Corée, Porphyra est connue sous le nom de kim ou lavor. Il fournit des aliments sains, exempts de sucres et de graisses associés au régime occidental.

Les populations sauvages d'algues d'eau douce de l'intérieur des terres sont collectées et consommées depuis la préhistoire pour leur goût frais et leur valeur nutritive. L'un des plus courants, le nostoc, est constitué de longues chaînes de perles et forme une agrégation gélatineuse de filaments. Les filaments individuels sont microscopiques mais les agrégations se présentent sous forme de globules de toutes tailles et ressemblent à des raisins.

Nostoch

Nostoch

Les filaments microscopiques de la spiruline ne forment pas de globules ovales mais se regroupent souvent en touffes flottantes poussées contre le rivage par le vent. D'autres espèces d'algues apparaissent sous forme de fils de masses flottantes ou de filaments accrochés aux roches dans les eaux en mouvement rapide. La spiruline, sous forme de poudre, arrive en tête de la plupart des aliments conventionnels en termes de protéines totales et utilisables. Seuls la volaille et le poisson sont supérieurs avec plus de 45 % de protéines utilisables. La spiruline associe la viande et les produits laitiers avec 30 à 45 % de protéines. La spiruline et le nostoc offrent plus de protéines en poids que tout autre légume. Earthrise Nutritionals produit 500 tonnes de spiruline comestible chaque année dans sa ferme de 100 acres en Californie du Sud.

Fermes Earthrise

Fermes Earthrise

La sélection des espèces d'algues continuera d'être une question cruciale pour les producteurs d'algues, car le bon choix d'espèces améliore la culture, la récolte, l'extraction et la valeur des produits fabriqués. Heureusement, les collections d'espèces d'algues offrent des informations détaillées sur les espèces de leurs collections et rendent ces espèces disponibles de manière fiable à un coût modeste.

Adapté de: Stratégie sur les algues vertes : mettre fin aux importations de pétrole et concevoir des aliments et des carburants durables, 2008.

CHAPITRE 7 : Culture d'algues

Ales algues poussent dans des systèmes ouverts, fermés ou semi-fermés dans des réservoirs ronds, longs ou tubulaires qui maximisent l'accès de toute la biomasse à la lumière du soleil. La croissance se produit uniquement dans la couche supérieure, environ deux pouces, du substrat de culture, à moins qu'un mélange ne se produise. La nouvelle croissance cellulaire bloque la lumière du soleil pour les plantes situées en dessous. Un mélange semi-continu est nécessaire pour donner à toutes les algues suffisamment de lumière. Certains systèmes de production placent des sources lumineuses à proximité ou dans l’eau pour augmenter la lumière du soleil.

La croissance se produit en fonction d'une multitude de variables qui non seulement limitent la croissance, mais peuvent également modifier la composition des algues. Les variables principales sont les suivantes.

Lumière. Habituellement, la lumière du soleil fournit suffisamment de lumière, mais la lumière artificielle fonctionne également également, en particulier pour les systèmes de culture en intérieur. Certains systèmes de culture peuvent être inclinés pour optimiser l'orientation vers le soleil et la lumière réfléchie. Plusieurs producteurs expérimentent la lumière courbée à l'aide de miroirs ou de câbles de verre et d'autres utilisent des lumières LED qui minimisent la consommation d'énergie.

Mixage. Étant donné que la majeure partie de la croissance a lieu dans la couche supérieure de la surface qui fait face à la source lumineuse, le mélange est impératif. Chaque cellule doit entrer et sortir de la lumière pendant ses périodes de croissance claires et sombres, à mesure qu'elle absorbe du CO2 et expire de l'O2. Les algues sont plus lourdes que l'eau et s'éloigneraient de leur source de lumière sans se mélanger.

Les algues poussent si vite qu’elles deviennent rapidement limitées en nutriments dans l’eau calme. Ils ne peuvent pas se déplacer ni brouter pour se nourrir car ils n’ont généralement pas de propulsion. Le mélange apporte des nutriments et du CO₂ à chaque cellule d’algue et permet une exposition intermittente à la lumière. Le mélange contribue également à libérer l’O2 de l’eau vers l’atmosphère. Trop ou pas assez de mélange entrave la croissance et les méthodes de mélange grossières peuvent créer des dommages cellulaires dus au stress de cisaillement.

Certaines algues ont développé deux caractéristiques différenciées intéressantes : les flagelles et les taches oculaires. À un stade de croissance spécifique, certaines algues développent des flagelles, de fines projections du corps comme des queues de sperme qui se déplacent dans un mouvement semblable à un fouet pour propulser les algues. La tache oculaire reconnaît la lumière et les flagelles propulsent la plante vers la lumière. Le mouvement est très lent, peut-être un pouce par heure.

L'Eau. Les algues poussent bien dans presque tous les types d’eau. Ils sont particulièrement efficaces dans l’utilisation de la photosynthèse pour convertir les nutriments et les métaux dissous dans les eaux usées en biomasse verte où les métaux peuvent être éliminés et récupérés. Les systèmes de production peuvent utiliser des eaux usées, des eaux grises et de l’eau salée ou océanique, selon les espèces cultivées. Les systèmes de culture peuvent recycler l’eau, de sorte que la seule perte provient de l’évaporation.

CO₂. Environ la moitié du poids sec de la biomasse de microalgues est constituée de carbone, généralement dérivé du CO₂ ou de carbonates, et est alimentée en permanence pendant la journée. Chaque 100 tonnes de biomasse algale fixe environ 183 tonnes de CO₂. La nourriture préférée des algues, le CO₂, doit être ajoutée sous forme de gaz ou de bicarbonate, car les algues cultivées se développent trop vite pour pouvoir extraire suffisamment de CO₂ de l'eau. La plupart de l’eau est trop diluée en CO₂ pour une production élevée. L'air comprimé mélangé à du CO₂ jusqu'à 20 % fournit généralement du carbone pour la photosynthèse des algues. Le CO₂ industriel ou les gaz de combustion résiduaires sont des sources typiques, mais certaines centrales électriques au charbon produisent une surproduction de soufre, ce qui peut inhiber la croissance des algues. Certains producteurs comme Solazyme utilisent une source de carbone organique sous forme d'acide acétique ou de glucose.

Nutriments. Les algues nourrissent leur croissance avec les mêmes engrais que ceux utilisés pour les plantes terrestres, mais ces engrais peuvent provenir de flux de déchets trop salés pour les plantes terrestres. La croissance des algues consomme beaucoup moins d'azote et d'autres engrais par livre de biomasse que les céréales alimentaires telles que le maïs, et les nutriments sont plus faciles et moins coûteux à appliquer. Les engrais chimiques dissous ou les nutriments des flux de déchets sont utilisés par les algues avec beaucoup plus d'efficacité que les plantes terrestres, car les minuscules algues unicellulaires consomment les nutriments directement et n'ont pas à les transporter sur de longues distances. Les engrais inutilisés peuvent également être réutilisés avec l’eau recyclée.

pH L'acidité de l'eau peut être spécifique au type d'algues produites. Contrôler le pH de l'eau représente une bonne stratégie pour retarder la croissance des algues concurrentes. Le pH de l’eau est probablement le plus élevé à midi en raison de la forte activité photosynthétique, qui consomme un maximum de CO₂.

Stabilité. Le maintien d’un environnement de croissance stable présente des difficultés compte tenu de la vitesse élevée de la croissance. Le substrat de culture peut retenir trop de nutriments ou d’O2, ce qui peut créer un stress et/ou des changements de composition pour les plantes. Certains producteurs captent l’O2 libéré et vendent le gaz pur comme produit à valeur ajoutée.

Production d'algues
La biomasse algale se développe dans des étangs ou des conteneurs appelés biousines ou systèmes de production d'algues cultivées (CAPS). De l'eau, des nutriments inorganiques, du CO₂ et de la lumière sont fournis à la culture d'algues pour favoriser la croissance de la biomasse. Les algues préfèrent une lumière diffuse qui n'est pas trop brillante, c'est pourquoi certains systèmes utilisent des ombrages qui limitent la lumière et la diffusent. Diverses espèces produisent mieux à des températures spécifiques, c'est pourquoi certains systèmes utilisent de l'eau recyclée à l'extérieur de la bio-usine pour maintenir une température optimale.

Même si le CO₂ peut représenter environ 5 % du coût de production, ce coût peut être minimisé en implantant la bio-usine à proximité d’une centrale électrique ou d’une usine de fabrication qui produit du CO₂. Les nutriments peuvent provenir des eaux usées, récupérés du réservoir d’algues ou des engrais récoltés. Une fois l’huile d’algues éliminée, la biomasse restante contient des nutriments considérables.

Croissance de la biomasse

Croissance de la biomasse

Les systèmes fermés offrent l’avantage que l’eau riche en nutriments peut être recyclée à travers le système. Cette pratique réduit considérablement le coût des nutriments ajoutés. Cela minimise également la perte d’eau par évaporation. Les systèmes d'algaculture qui utilisent de l'eau très salée, comme des flux de déchets agricoles ou de l'eau de saumure, produisent une biomasse contenant une quantité considérable de sel qui doit être éliminée lors de l'extraction des coproduits. Certains modèles économiques indiquent l’utilisation d’algues pour récolter les métaux lourds présents dans les eaux usées industrielles, qui sont ensuite extraits et vendus sur le marché des produits chimiques.

La récolte peut avoir lieu quotidiennement par filtration, centrifugation ou floculation. Les cellules en suspension dans le bouillon sont séparées de l'eau et les nutriments résiduels sont recyclés vers la production de biomasse. L'huile d'algues est extraite de la biomasse récupérée et convertie en biodiesel. Une partie de la biomasse non pétrolière peut être utilisée comme aliment pour animaux, comme engrais et pour d’autres coproduits.

Une partie de la biomasse usée subit une digestion anaérobie pour produire du biogaz qui génère de l'électricité, qui alimente le mélange de la biomasse et le transport de l'eau. Les effluents de la digestion anaérobie peuvent être utilisés pour accroître la production d’algues ou comme eau d’irrigation riche en nutriments. La majeure partie de l’énergie générée à partir du biogaz est consommée dans la production de biomasse et tout excédent d’énergie peut être vendu au réseau. Certains systèmes utilisent des panneaux solaires avec des cellules photovoltaïques pour convertir l'énergie solaire directement en électricité, qui est généralement utilisée directement ou stockée dans des batteries.

Système de production d'algues

Système de production d'algues

Dans une culture continue, du milieu de culture frais est alimenté à un débit constant et la même quantité de bouillon de microalgues est retirée. L'alimentation s'arrête pendant la nuit mais le mélange continue pour empêcher la sédimentation de la biomasse. Jusqu'à 20 % de la biomasse produite pendant la journée peut être consommée pendant la nuit pour alimenter les cellules jusqu'au lever du soleil. La perte nocturne de biomasse dépend du niveau de lumière de croissance, de la température de croissance et de la température nocturne. Certains systèmes de production expérimentent des veilleuses pour augmenter la productivité.

Les microalgues contiennent des pourcentages élevés, mais variables, des macronutriments clés : généralement 20 à 50 % de protéines, 5 à 30 % de glucides et 10 à 30 % de lipides, avec environ 10 % de cendres ou de déchets. Les proportions de chaque élément nutritif peuvent être modifiées par la sélection des espèces, par des conditions de croissance variables ou par la récolte des algues à différents stades de croissance. La plupart des espèces sont riches en acides aminés et offrent une variété de pigments. La composition en sucre des polysaccharides est très variable, mais la plupart des espèces ont des proportions élevées de glucose, 20 à 87 %. Les microalgues contiennent des quantités importantes de micronutriments et d'antioxydants tels que des vitamines, de l'acide ascorbique, de la riboflavine, des caroténoïdes et une variété de nouveaux lipides.

Une fois le composant pétrolier utilisé comme biocarburant, la biomasse restante à haute teneur en protéines peut être déshydratée et stockée sous une forme pratique telle qu'un gâteau, qui ne nécessite pas de réfrigération et a une durée de conservation d'environ deux ans. Le gâteau d'algues peut être séparé en divers aliments, ingrédients alimentaires, fourrage, engrais, médicaments fins ou autres composants.

Composants, produits et utilisations d'algues

Composants, produits et utilisations d'algues

La production d'algues pour l'alimentation, le carburant, les médicaments ou d'autres coproduits peut être neutre en carbone, car l'énergie nécessaire à la production et au traitement des algues peut provenir du méthane produit par la digestion anaérobie des résidus de biomasse restant après l'extraction du pétrole. Les modestes besoins énergétiques nécessaires au mélange et à la récolte peuvent également provenir d’autres sources non carbonées telles que l’énergie éolienne, géothermique ou solaire.

La biomasse récoltée est extrêmement malléable dans le sens où elle peut être stockée sous la même forme que les produits du maïs, du blé, du riz ou du soja. Il s'agit notamment du lait riche en protéines, de la purée molle de toute taille, forme ou texture, de la tortilla, des craquelins ou de la farine. La biomasse peut être transformée en protéines végétales texturées avec des fibres ajoutées ou extrudée pour fabriquer des additifs pour les viandes qui améliorent la rétention d'humidité et augmentent les protéines tout en réduisant les graisses.

Nos futurs aliments seront probablement enrichis d’algues et de composés avancés issus d’algues.

Adapté de: Stratégie sur les algues vertes : mettre fin aux importations de pétrole et concevoir des aliments et des carburants durables, 2008.

CHAPITRE 8 : Les algues ont-elles fait de nous des humains ?

Ales algues ont sauvé notre planète il y a 3.5 milliards d'années en transformant le CO chaud et mortel2 et une atmosphère de méthane à suffisamment d'oxygène pour soutenir la vie. Il y a seulement 2 millions d’années, les algues auraient pu réaliser un autre exploit incroyable en fournissant les micronutriments qui ont déclenché l’hypertrophie du cerveau humain. Des cerveaux trois fois plus gros que ceux des chimpanzés différenciaient nos Homo ancêtres de leurs cousins ​​préhumains et primates.

Une mystérieuse source de nutriments a déclenché une hypertrophie du cerveau, une encéphalation, il y a environ 2 millions d’années. Les scientifiques conviennent que les premiers hominoïdes ont dû trouver un régime alimentaire plus énergétique, plus riche que celui des primates, composé de noix, de feuilles, d’écorces, de pousses, de racines et d’insectes. Le nouveau régime alimentaire devait être riche en nutriments essentiels, notamment en protéines et en oméga-3, pour favoriser l’hypertrophie du cerveau. Les manuels suggèrent que très tôt Homo ont franchi une étape vers l'encéphalation en élargissant leur régime alimentaire pour inclure de la viande de gibier de savane, qui aurait fourni l'énergie et les nutriments nécessaires au développement et au soutien d'un cerveau plus gros.

Cependant, l’acquisition de viande aurait nécessité des premiers hominoïdes au cerveau petit (légèrement plus gros que celui des chimpanzés) et maigres pour rivaliser avec les animaux sauvages pour acquérir de la viande. Tôt Homo sacrifice de la masse musculaire, de la taille et de la vitesse pour marcher debout et légère augmentation de la taille du cerveau. Le scénario de la viande de gibier ignore les risques substantiels en matière d’énergie et de survie associés à la compétition avec des animaux sauvages beaucoup plus gros, plus rapides et plus forts dotés de compétences spécialisées en matière de charognard et de chasse. Il y a 2 millions d’années, les prédateurs africains étaient deux fois plus grands qu’aujourd’hui.

Le cerveau humain s’est agrandi un million d’années avant l’invention des armes de chasse ou des feux de cuisine. J'ai eu tôt Homo chassés sans armes, ils seraient très probablement devenus la chaîne alimentaire. Même s’ils avaient trouvé de la viande, ils n’avaient pas les dents nécessaires pour arracher ou mastiquer la viande crue. Leur estomac ne pouvait pas digérer la viande crue, ce qui aurait probablement provoqué une diarrhée violente. Une source alimentaire nutritive, sûre, pratique et digestible, riche en oméga-3, doit avoir précédé la consommation de viande de gibier pour permettre les premières étapes de l'hypertrophie du cerveau.

Homo précoce à petit cerveau

À gauche : Homo au petit cerveau. À droite : de puissants tigres à dents de sabre.

Les acides gras oméga-3
Le DHA comprend 27 % des graisses polyinsaturées et 97 % des acides gras oméga-3 du cerveau. L'acide arachidonique (ARA), un gras polyinsaturé oméga-6 à longue chaîne, représente 35 % des gras polyinsaturés et 48 % des acides gras oméga-6 du cerveau. Ensemble, le DHA et l’ARA représentent près des deux tiers de la graisse structurelle du cerveau. Ils sont essentiels au développement et au fonctionnement normal du cerveau ainsi qu’aux opérations des yeux et du cœur. Ces acides gras sont concentrés dans la région du cerveau responsable des capacités de réflexion complexes – essentielles à l’acquisition de nourriture.

Les mammifères ont une capacité limitée à synthétiser le DHA et l'ARA à partir de précurseurs alimentaires, de sorte que les acides gras étaient probablement les nutriments limitants qui ont limité l'évolution d'une taille cérébrale plus grande dans la plupart des lignées de mammifères. Les aliments végétaux sauvages disponibles dans la savane africaine, les graminées, les céréales, les tubercules et les noix contiennent des quantités négligeables d'ARA et de DHA. Les tissus musculaires et les organes des ruminants sauvages d’Afrique n’auraient fourni que des niveaux modérés de ces acides gras essentiels.

En bas de la chaîne alimentaire
Plutôt que de remonter la chaîne alimentaire jusqu'à la viande de gibier, la première étape des premiers hominoïdes aurait pu se situer en bas de la chaîne alimentaire lorsqu'ils ont ingéré des algues dans leur eau potable. La consommation d'algues était peut-être intentionnelle, mais elle était plus probablement accidentelle, car les minuscules cellules d'algues n'étaient visibles que dans le sens où elles rendaient l'eau légèrement verte. Les lacs et les zones humides de la vallée du Rift, où les humains ont développé des cerveaux plus gros, abritent certains des lacs et des zones humides les plus anciens de la planète qui produisent d'abondantes peuplements naturels d'algues spiruline riches en protéines et en nutriments. La spiruline est le complément nutritif aux algues le plus vendu sur le marché aujourd’hui car elle fournit un ensemble complet de nutriments essentiels. Une tribu d’hominoïdes vivant du côté sous le vent d’un lac d’algues peut avoir ingéré plusieurs grammes d’algues par jour dans son eau potable. Ces quelques grammes d’algues n’auraient pas fourni suffisamment de fourrage ou de protéines pour un régime alimentaire complet. Les algues auraient agi comme un complément alimentaire naturel pour fournir les nutriments essentiels, les vitamines et les antioxydants qui ont fourni l’étincelle verte de l’encéphalation.

"Early Bird" Homo ont peut-être été attirés par l'eau verte et douce parce que leur alimentation fade, sèche et granuleuse était presque dépourvue de douceur. Les algues attirent une grande variété d’autres micro-organismes nutritifs, notamment des levures, des champignons, des bactéries, des virus et d’autres micro-organismes qui auraient apporté une valeur nutritive supplémentaire. Lorsqu'elles sont ingérées, les algues créent une sensation de satiété due à une libération modérée de glucose, ce qui aurait été une aubaine pour les mères de nourrissons affamés. Les algues facilitent également la digestion, de sorte que les mères ont peut-être veillé à ce que leur progéniture boive de l'eau douce verte chargée d'algues après les repas. Du côté sous le vent des lacs et des zones humides, le vent souffle les algues dans des nattes qui auraient pu être récoltées facilement d’un simple geste de la main. Ces algues concentrées étaient peut-être attrayantes pour leur goût sucré ainsi que pour leur valeur protéique.

À mesure que leur cerveau grossissait, Homo peuvent avoir élargi leur régime alimentaire en exploitant l'écosystème aquatique pour se nourrir d'algues chargées de protéines d'algues et de nutriments tels que des invertébrés, des poissons à coquilles et à nageoires, des insectes et des amphibiens. Les nutriments des algues étaient disponibles localement toute l’année et étaient faciles à récolter et prêts à être consommés ou à sécher et à stocker pour une consommation ultérieure. Les algues ont peut-être servi de plat savoureux original et ont fourni des protéines saines avec un ensemble complet d'acides aminés essentiels, d'acides gras essentiels qui soutiennent le développement du cerveau et du corps, ainsi que des vitamines et des minéraux essentiels. Les populations autochtones d'Afrique continuent de récolter des algues sur des nattes flottant sur l'eau pour les utiliser comme suppléments nutritionnels.

Femmes récoltant des algues

Femmes récoltant des algues. Dessin dans Human Nature, mars 1978, par Peter Furst.

Santé
Les premiers cerveaux humains n’étaient pas la seule partie du corps à bénéficier des algues. Aujourd'hui, les quatre maladies de carence les plus répandues dans le monde en matière de santé publique sont : la malnutrition, l'anémie nutritionnelle (carence en fer et en vitamine B12), xérophtalmie (carence en vitamine A) et goitre endémique (carence en iode). Chacune de ces carences en nutriments aurait mis à l’épreuve les préhumains qui n’avaient ni armes ni compétences de chasse et qui manquaient également de feux de cuisine. Les aliments végétaux des forêts et de la savane, en particulier en hiver et au printemps, auraient imposé de graves carences nutritionnelles aux premiers hominoïdes. Sans les feux de cuisson destinés à ramollir les parois cellulaires et à libérer les nutriments contenus dans les aliments tels que les noix, les céréales, les pousses et les racines, une grande partie de la valeur nutritive aurait été perdue au début. Homo.

Il peut sembler improbable qu’un petit supplément d’algues puisse fournir suffisamment de vitamine A, d’iode, de fer, de zinc et d’autres nutriments, même si le régime alimentaire local ne le fait pas. Généralement, ces oligo-éléments critiques existent dans l’eau locale mais en dilution extrêmement faible. Les gens, en particulier les enfants, sont incapables de boire suffisamment d’eau pour obtenir suffisamment d’iode. Dans de nombreux écosystèmes, peu d’eau douce est disponible pour la consommation. Le secret de la haute valeur nutritive des algues réside dans leur capacité à bioaccumuler les nutriments dans l'eau à des niveaux 1,000 XNUMX fois supérieurs aux niveaux ambiants. Cela signifie que même lorsque certains nutriments, minéraux ou vitamines manquent dans l’alimentation humaine, les algues peuvent concentrer ces nutriments dans la biomasse verte..

Une fois que les cerveaux et les corps des hominoïdes ont atteint une masse critique, Homo sapiens ont élargi leur régime alimentaire et sont finalement devenus des chasseurs. La première trace fossile d’une arme de chasse date de seulement 400,000 XNUMX ans. L’ajout d’armes de chasse et de feux de cuisine a ensuite permis une alimentation plus diversifiée et le développement du cerveau humain moderne, de la communication et de la coopération.

Le cheminement alimentaire pour devenir humain n’a peut-être pas été une étape en amont de la chaîne alimentaire pour récolter la viande de gibier de la savane. Il est plus probable que nos ancêtres ont d’abord gravi deux échelons de la chaîne alimentaire aquatique pour profiter des bienfaits nutritionnels des algues, notamment des oméga-3. Après que leur cerveau ait grossi grâce aux nutriments des algues, nos ancêtres étaient prêts à franchir un grand pas dans le réseau trophique terrestre pour récolter de la viande de gibier.

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