Les bases des algues

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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 une liaison végétale et libèrent de l'O2

Notions de base sur les algues par le Dr Mark Edwards

CHAPITRE 1 : La petite plante qui a sauvé notre planète

Algae a sauvé notre planète en transformant notre atmosphère en oxygène, permettant à la vie d'exister. Les algues nous ont à nouveau 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, il n'y avait pas de vie car la surface de la Terre était trop chaude et il n'y avait pas d'oxygène. L'atmosphère terrestre était composée d'une couche de CO₂ mortel et de piégeage de la chaleur et de méthane.

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 séparer 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 a libéré la molécule d'oxygène dans l'atmosphère. Algae avait commencé son travail pour changer l'atmosphère.

L'abiogenèse, l'étude de l'émergence de la vie sur Terre, utilise une théorie de la soupe primordiale et suggère que les conditions chimiques sur Terre ont créé les éléments constitutifs 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, la cyanobactérie, également connue sous le nom d'algue 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 des 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 la dure atmosphère de dioxyde de carbone qui ne pouvait pas maintenir la vie en une atmosphère d'oxygène qui soutenait 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 d'algues il y a seulement 500 millions d'années.

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

Le deuxième cadeau des algues — la nourriture
La contribution des algues à notre atmosphère riche en oxygène n'a d'égale que l'autre cadeau de cette petite plante : servir de base à la chaîne alimentaire. La plupart des premières plantes et créatures aquatiques dépendaient des algues comme source de nourriture. Les algues servent d'aliment nutritif pour tout, du plus petit phytoplancton au plus grand mammifère sur terre, la grande baleine bleue, car la plante offre un excellent ensemble de protéines, de minéraux et de vitamines. Chaque jour, alors que les algues capturent du 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 ré-évoluer 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 conduit à environ 10 millions d'espèces d'algues, chacune avec 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 rapidement que ses prédateurs ne pourraient manger. Les herbivores qui se nourrissaient d'algues mangeaient beaucoup mais pas toutes les plantes à croissance rapide. La capacité de se propager plus rapidement que ses prédateurs pourraient les dévorer a créé un énorme avantage concurrentiel et assuré la survie des algues. Les algues ont peut-être été le premier déjeuner 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. Les enfants apprennent à l'école que le pétrole brut provient des dinosaures, mais les dinosaures 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 grouper, 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 la croissance de milliers de milliards d'organismes chaque jour alors 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 ont l'apparence de 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 mangées directement par les poissons et les mammifères tels que les loutres de mer, les lamantins, les dauphins et les baleines. Les macroalgues fournissent une variété de couleurs vives pour les océans et beaucoup plus de biomasse que les herbivores ne peuvent en manger.

Les algues poussent dans les forêts 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 produisent une biomasse de grande valeur dans des environnements extrêmement difficiles. Les environnements les plus difficiles existant sur Terre aujourd'hui semblent probablement apprivoisés à une plante qui a survécu aux conditions environnementales difficiles il y a des milliards d'années.

Entrées abondantes
Les algues utilisent des intrants abondants et souvent excédentaires, notamment le soleil, le CO₂ et les déchets, la saumure ou l'eau de mer. 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 dans des milieux naturels sans culture humaine. Les algues sauvages poussant dans des environnements naturels produisent une croissance de biomasse incroyablement rapide 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 abreuvoirs ou des conteneurs permet d'améliorer considérablement la productivité par rapport aux algues sauvages, car des nutriments suffisants peuvent être fournis et les prédateurs gérés ou évités.

La limitation des 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 tels que les lagunes. Encore une fois, les algues se sont adaptées stratégiquement et de nombreuses espèces ont la capacité de consommer des nutriments organiques à partir de la biomasse biologique ou d'autres déchets.

Les algues pourraient-elles encore nous sauver ?
Les humbles 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 des quantités massives de CO₂ provenant de la pollution par les combustibles fossiles causée par l'homme. Les algues pourraient à nouveau jouer un rôle dans la sauvegarde de 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 de matières premières d'algues lorsque l'énergie de culture, de récolte et de raffinage provient de sources renouvelables telles que le soleil, le vent, les vagues, la géothermie ou l'huile d'algues.

Les combustibles à base d'algues offrent un avantage significatif en ce sens qu'ils brûlent proprement, sans particules de suie noire. La pollution par la suie noire qui cause les maladies pulmonaires, les maladies respiratoires et le cancer provient de la fossilisation des algues en pétrole brut, charbon et schiste sur 400 millions d'années. Les carburants à base 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 de fournir 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 localement des aliments et de l'énergie durables et abordables pour les besoins de leur famille et de leur communauté.

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

Biscuits à la spiruline

Biscuits à la spiruline. Courtoisie de la photo : thedorkyfrench.com

La chaîne de valeur des algues.
A lgae est peut-être le meilleur ami de l'humanité. Les algues peuvent fournir des aliments et du carburant durables et abordables, ainsi que des solutions écologiques et novatrices. 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 beaucoup plus large de couleurs, de textures, de goûts et de composés que les plantes terrestres. Tous les carburants, 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 se nourrissent d'algues.

L'attribut algal le plus utile n'est pas que nous puissions fabriquer à peu près n'importe quoi à partir d'algues. Ce qui distingue les algues des plantes terrestres et des combustibles fossiles, c'est la façon dont la nourriture, l'énergie et les coproduits des algues sont fabriqués. Notre atmosphère est surchargée de CO₂, qui est naturellement recyclé ou séquestré avec la production d'algues. Les cultures vivrières échoueront avec le réchauffement climatique, mais les algues prospèrent dans la chaleur. Notre monde n'a pas suffisamment de terres cultivées pour les cultures vivrières, mais les algues peuvent produire de la nourriture et de l'énergie supplémentaires sur des 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 de mer. Nous avons déjà dépassé le pic pétrolier et les algues peuvent fournir des carburants de transport liquides à un coût inférieur à celui de l'extraction de pétrole brut. Les agriculteurs sont confrontés à une grave pénurie de ressources naturelles telles que le phosphore que les algues peuvent récupérer, ainsi que le recyclage et la réutilisation des nutriments provenant des flux de déchets animaux et humains.

La culture des 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 co-implantation de la production d'algues dans des fermes ou des décharges municipales permet aux algues de transformer ces flux de déchets coûteux d'un centre de coût à profit qui fournit de l'énergie, des aliments pour animaux et de riches engrais organiques. Co-localiser la production d'algues à proximité de sources de carbone telles que des centrales électriques ou des cimenteries ou des brasseries offre des solutions potentielles de pollution en plus de la production de biomasse pour les biocarburants et les coproduits de valeur. Alors que les algues nettoient 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 es systèmes alimentaires et de transport actuels sont massivement polluants pour l'air, les sols et l'eau. Les algues peuvent produire des aliments et du carburant neutres en carbone avec une empreinte écologique positive. Nos carburants actuels brûlent en dégageant des particules de suie noire sale, mais les algues brûlent proprement. Les combustibles algaux sont fabriqués en quelques semaines et n'ont pas subi 300 millions d'années en subissant une fossilisation profonde et sale. Les carburants à base d'algues brûlent proprement car ils sont essentiellement de l'huile végétale.

Les algues font des recherches fascinantes car, selon le principal manuel Algues de 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, à décrire et à cultiver. Les algues produisent beaucoup plus de composés que ceux que l'on trouve dans les plantes ou les animaux terrestres, car il existe tellement plus d'espèces d'algues que d'autres organismes. Les algues bénéficient de plus de 3 milliards d'années d'adaptation et d'évolution de plus que les plantes terrestres et elles ont créé des stratégies de survie ingénieuses pour maximiser leur croissance et leur vitalité et repousser les prédateurs.

Les composants algaux sont déjà intégrés dans nos denrées alimentaires, aliments pour animaux, cosmétiques et médicaments. Un test du panier de consommation 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 directement d'algues, mais apprécient les produits à base de composants d'algues qui incluent : 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.

Le délicieux chocolat aux algues faible en calories permettra aux consommateurs d'avoir leur gâteau et de le manger sans se culpabiliser face aux calories élevées. En plus de contenir moins de graisses et de nutriments plus riches que les aliments d'origine terrestre, des recherches en Russie et au Japon suggèrent que les algues peuvent altérer l'activité enzymatique dans le foie qui contrôle le métabolisme des acides gras, entraînant une baisse des niveaux de graisse, de cholestérol et de triglycérides dans le sang .

Biscuit Aux Algues Au Chocolat
Les algues sont particulièrement bien placées 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, représentés dans Algae's Green Promise.

La promesse verte des algues

Plats

  • 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 sont un aliment de santé naturel. Les algues n'apportent pas de 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 pour 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 macro et micro-échelle.
  • Ingrédients alimentaires. Les composants d'algues améliorent environ 70% des produits dans les supermarchés modernes, y compris 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 shampooings.
  • Fourrage. Les algues produisent des aliments pour animaux riches en protéines, peu coûteux et nutritifs avec de nombreuses vitamines, minéraux et nutriments. Le remplacement de la moitié des céréales alimentaires destinées aux animaux vendus comme exportations américaines permettrait d'économiser 20 millions d'acres de terres cultivées et plusieurs billions 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.
  • Pêcheries. Les algues fournissent une haute teneur en protéines; des aliments pour poissons, des vitamines et des nutriments peu coûteux et nutritifs. Les algues peuvent être cultivées in situ, dans l'eau avec les poissons à nageoires et les coquillages. Les poissons ont tendance à croître plus rapidement et avec plus de vitalité sur les algues que 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 algale produisent un biocarburant renouvelable et durable à haute énergie à partir du soleil, du C02 et des eaux usées. Le remplacement de la production américaine d'éthanol nécessiterait 2 millions d'acres de désert, la moitié d'un comté de l'Arizona. Remplacer le maïs par des algues comme matière première de biocarburant 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 de l'eau considérable.
  • Carburants — carburéacteur, éthanol et hydrogène. Les algues peuvent produire une variété de carburants de transport liquides à haute énergie, y compris l'essence. Alors que le raffinage nécessite généralement plus d'énergie que l'extraction de l'huile d'algues, les États-Unis ont probablement un surplus de capacité de raffinage d'éthanol. Les algues peuvent être raffinées dans les raffineries de combustibles fossiles en les mêmes produits fabriqués à partir de combustibles fossiles, car les combustibles fossiles sont simplement des algues fossilisées.
  • Combustibles fossiles. Le remplacement de la production américaine d'éthanol permettrait également d'économiser 7 milliards de gallons de combustibles fossiles utilisés pour produire de l'éthanol. Déplacer 1/10e de la production agricole américaine du diesel sale au diesel algal propre permettrait de nettoyer l'environnement et d'économiser 20 milliards de gallons de combustibles fossiles par an. Des économies de combustibles fossiles encore plus importantes découleraient de l'utilisation d'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 des feux de cuisine et du chauffage au bois, aux mauvaises herbes et aux excréments provoque la mort de 1.6 million de personnes et l'invalidité de 10 millions, principalement des femmes et des enfants chaque année. 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. La substitution de l'huile d'algue au bois, au fumier et aux matériaux agricoles permettra d'économiser une quantité considérable de main-d'œuvre pour ramasser du bois de chauffage et de replanter les forêts.

Solutions écologiques

  • Eau fraiche. L'évacuation des eaux usées par l'algoculture nourrit les plantes et nettoie l'eau. La production de carburant, de fourrage ou d'engrais en utilisant des eaux usées ou de la 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 combustible fossile.
  • Air frais. L'évacuation des gaz de cheminée par l'algoculture élimine le CO₂, les oxydes nitriques, le soufre et les métaux lourds tels que le mercure des centrales électriques ou des usines 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 les centrales électriques fonctionnent 24h/XNUMX. Certains producteurs ont signalé du succès avec les lampes de culture pour la production de nuit.
  • Engrais. Les algues fixatrices d'azote peuvent fournir des engrais riches en azote à un coût très faible à la fois en termes de production et d'apports énergétiques. Le produit est naturel, soutient la production d'aliments biologiques 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 cuisson.
  • Les forêts. Le combustible à haute énergie d'huile d'algues peut mettre fin au besoin de dénuder les forêts et les prairies pour la cuisson et le chauffage. Les villageois peuvent replanter leurs forêts avec des arbres à 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 d'algues sont similaires au bois et peuvent être transformés en textiles, en papier et en matériaux de construction. Le papier d'algues et les matériaux de construction sauvent les forêts. Les tissus préservent les terres cultivées pour les cultures vivrières et fournissent de la chaleur. Les algues peuvent être transformées en plastiques biodégradables, biocarburants ou 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 américaine. Offrir de la nourriture ne s'attaque pas à la cause profonde de la faim et de la pauvreté - le contrôle local des ressources alimentaires et l'engagement communautaire. L'aide étrangère à l'algoculture transférerait des connaissances et des matériaux de démarrage pour cultiver localement des aliments à base d'algues, des carburants, du fourrage, des engrais et des médicaments.
  • 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 raffinés. Les secours en cas de catastrophe avec la production d'algaculture locale peuvent empêcher la famine de la communauté pour des millions. La production locale d'algues résout le problème critique de la distribution alimentaire.
  • Beaux médicaments. Des médicaments, des vaccins et des produits pharmaceutiques de haute qualité et abordables peuvent être fabriqués à partir de coproduits d'algues ou cultivés dans des algues bio-ingénierie pour produire des composés avancés tels que des antibiotiques, des vitamines, des nutraceutiques et des vaccins. Ces composés sont cultivés aujourd'hui dans les plantes et les animaux terrestres, de sorte que les algues offrent une production beaucoup plus rapide et à moindre coût. Les algues de conception 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 co-produits d'algues combinés.

Le premier système de production alimentaire de la nature sur Terre, l'algaculture, offre des avantages extraordinaires. Les solutions 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 n'ajoute que de l'oxygène à l'atmosphère et ne pollue pas les écosystèmes locaux fournira un rendement net très positif à l'environnement.

Adapté de: Jardins solaires verts : la promesse des algues de mettre fin à la faim2009.

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 pour les coupures, les contusions et les maux d'estomac. Les algues séchées ont fourni le premier aliment de commodité portable et ont probablement servi de wampum dans le commerce, avec des perles de coquillages blancs. Des preuves archéologiques montrent que les premiers Néandertaliens autour de la Méditerranée mangeaient des algues ainsi que des coquillages.

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

Une initiative similaire est venue et a disparu 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 appauvrie et affamée et les experts ont recommandé l'agriculture non conventionnelle pour sortir du piège malthusien. Les algues sont apparues comme le meilleur antidote disponible et de nombreux projets pilotes ont tenté de produire des algues.

Les chercheurs ont annoncé qu'ils étaient capables de faire pousser des algues nutritives à l'aide de matériaux peu coûteux dans des conditions de laboratoire contrôlées en 1948. Lorsqu'elle est cultivée dans des conditions optimales - des 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 séché. Contrairement à la plupart des plantes, la protéine de Chlorella était complète avec les 10 acides aminés alors considérés comme essentiels et elle regorgeait de calories, de graisses et de vitamines.

Chlorelle avec microscopie optique

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

La presse est devenue exubérante sur le potentiel des algues et Magazine des Colliers a esquissé une ferme du futur où de gros rouleaux de tuyaux de verre produisaient des milliers de tonnes de protéines dans des fermes automatisées. Les experts, qui ne sont pas en reste des journalistes, ont créé des scénarios plausibles dans lesquels les algues résoudraient les approvisionnements alimentaires mondiaux à un coût presque nul.

Malheureusement, les chercheurs ont trébuché sur la loi de Murphy et tout ce qui pouvait mal tourner l'a fait. Au lieu d'être robuste, la Chlorella s'est avérée 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 avec des centrifugeuses endommageait la biomasse ainsi que la chaleur nécessaire à la déshydratation. Les parois cellulaires dures de la chlorella la rendaient indigeste, ce qui ajoutait le coût et l'énergie de la chaleur ou d'un traitement mécanique supplémentaire.

Alors que la plupart des chercheurs ont abandonné leur quête pour résoudre la faim dans le monde avec des algues, la NASA a étudié l'utilisation des algues dans les années 1950 comme moyen de nourrir les astronautes pendant les longs vols spatiaux. Dans ce qu'on a appelé la « course aux algues », les projets soviétiques et américains se sont affrontés pour développer un système de survie aérospatial autonome qui utiliserait les 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 document de recherche a été publié en 1961 dans le Journal of Nutrition intitulé "Algae Feeding in Humans". Il résume les rares recherches sur les algues comme alimentation humaine. L'équipe de recherche de l'armée américaine a examiné la Chlorella du Japon qui a été cultivée dans des étangs, récoltée, centrifugée, lavée, chauffée et séchée sous vide en une poudre verte. Leur analyse a montré que la composition était la suivante : protéines : 59 %, matières grasses (huiles) : 19 %, glucides : 13 %, humidité : 3 % et cendres : 6 %.

Les auteurs ont découvert 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 Chlorella, a donné une forte saveur d'épinard à l'aliment complété. Les préparations les plus acceptables étaient les biscuits, le gâteau au chocolat, le pain d'épice et le lait froid. Des suppléments plus importants ont créé des problèmes d'estomac, mais les symptômes ont disparu après l'arrêt des suppléments. L'équipe a conclu que les algues séchées peuvent être tolérées en tant que complément alimentaire, mais qu'un traitement supplémentaire serait nécessaire avant qu'elles ne deviennent 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 également contributifs :

  • L'invention de pompes plus puissantes pour l'irrigation
  • Nouvelles technologies pour la fabrication d'engrais synthétiques
  • Les progrès de la génétique moléculaire qui ont créé des graines à haut rendement

Des pompes plus puissantes et des tuyaux plus gros ont permis aux agriculteurs de puiser fortement dans les eaux souterraines pour l'irrigation. Les agriculteurs ont également empilé plus d'engrais, de pesticides et d'herbicides dans leurs champs. La Révolution verte avait commencé et les rendements des céréales alimentaires ont doublé sur une base érodée de combustibles fossiles bon marché et d'eau douce.

Les sources de nourriture non agricoles étaient inutiles en raison des progrès de la production de céréales vivrières. Les consommateurs sont devenus 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, Aldus Huxley Brave New World, 1932 et Ward Moore's Plus vert que vous ne le pensez, 1947, tous mettaient en garde contre les panacées biotechnologiques.

Hcelui d'arry Harrison Faire de la place! Faire de la place! en 1966 et celle de Paul Ehrlich Bombe de la population, en 1968 a expliqué les résultats horribles de la croissance démographique sans restriction. Le scénario apocalyptique de Harrison incluait le plancton, la levure et les algues comme aliments de base pour les masses affamées. La chlorella avait un goût de poisson, les spécialistes du marketing ont donc 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, la peste et les empoisonnements aux pesticides ont ruiné les récoltes et pollué l'eau. L'effet de serre s'est intensifié, augmentant les inondations, les tempêtes violentes et la sécheresse. L'art imitait en effet la vie.

Un remake de Soylent Green ferait reculer l'industrie des algues d'au moins une décennie. Alors que les auteurs de science-fiction suscitaient les craintes du public à l'égard des Frankenfoods, les gens faisaient l'expérience de la boue verte dans leurs aquariums, piscines et cours d'eau récréatifs. La presse était impatiente de faire connaître les dangers sensationnels des algues qui créaient des toxines mortelles, des marées rouges tueuses et des zones mortes qui tuaient de nombreux organismes vivants.

Le président Jimmy Carter a lancé plusieurs projets sur les algues pour faire avancer les États-Unis vers l'indépendance énergétique, mais l'accent a été mis sur le déplacement de la production du réseau électrique du pétrole au 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 du gouvernement des biocarburants algaux vers l'éthanol de maïs. Le résultat malheureux de cette politique était que les universités et leurs facultés n'ont pas été en mesure de recevoir des subventions financées 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 a parié l'avenir des biocarburants américains sur l'éthanol de maïs. Le maïs a reçu des subventions et des incitations dans une vague de promesses d'écoblanchiment 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 les oxydes nitriques, les particules et le smog. Les 9 milliards de gallons d'éthanol produits en 2008 ont compensé moins de 3 % des importations de pétrole des États-Unis au prix de milliards de subventions et de pollution environnementale. L'Energy Policy Act de 2005 a établi une norme sur les carburants renouvelables exigeant une production plus renouvelable, mais a laissé les matières premières d'algues en dehors de la politique d'énergie renouvelable.

Les algues sont réapparues en tant que solution de biocarburant en 2008 lorsque deux associations industrielles ont émergé, suivies d'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 de biocarburants. Le Sommet 2009 de l'Organisation de la biomasse algale à San Diego a attiré plus de 800 personnes et a reçu 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'énergie renouvelable produisent de l'électricité mais pas de l'essence, du diesel ou du carburéacteur. Les algues représentent à elles seules la solution viable pour l'évolution vers l'indépendance énergétique avec les carburants de transport liquides 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 sont parmi les premières formes de vie de la Terre. Ils ont survécu dans bon nombre des environnements les plus difficiles de la Terre pendant 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 de la 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 30 à 100 fois plus productifs par acre que les 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 consommée par tout, du plus petit krill aux grandes baleines bleues. Les algues produisent également la plupart de l'oxygène nécessaire à la vie aquatique et fournissent environ 70 % de notre oxygène atmosphérique quotidien.

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

Les algues poussent partout sur Terre, y compris sous les deux calottes glaciaires. Leurs milieux de prédilection sont les endroits humides ou aquatiques mais les algues sont courantes aussi bien sur terre que dans les milieux aquatiques. Les sols, les roches, les arbres et la glace contiennent des cellules d'algues séchées et beaucoup sont encore viables. Diverses espèces d'algues poussent dans toutes sortes 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 des environnements marins tels que le varech : des algues brunes pouvant 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 aident à construire les coraux et soutiennent la formation des récifs coralliens et d'autres espèces qui vivent en symbiose avec les éponges.

Varech, diatomée et algues vertes fibreuses

Varech, diatomée 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 appelées cyanobactéries, servent également les cultures en fixant l'azote de l'atmosphère dans les nodules racinaires 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, constituent une base pour les plantes avec des racines et retiennent l'humidité critique du sol. Matériaux de construction d'algues bio-ingénieurs tels que le calcaire, qui est le matériau que les Égyptiens ont utilisé 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 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 adopter 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 buccal.

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, crèmes glacées, puddings, laxatifs et crèmes pour la peau. Un exemple de composition d'algues montre une espèce d'algue où 40 % de la biomasse végétale est du pétrole.

Composition d'algues
Les algues grasses, aussi 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 biobrut, mais le pétrole utilisé dans les véhicules d'aujourd'hui est dérivé de la biomasse préhistorique provenant en grande partie des proliférations d'algues dans les anciennes zones humides et océans.

La décomposition de la biomasse de la nature a commencé il y a plus de 200 millions d'années pendant la période 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 ont construit leurs pyramides avec du calcaire formé d'algues.

Avantages des algues
L'avantage de productivité de 30 à 100 fois le rendement annuel par acre pour les algues 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 les eaux douces, salines, saumâtres, marines ou usées. Les plantes terrestres ont besoin d'eau douce pour leur croissance car de gros ions de sel obstruent leur plomberie, leur système racinaire, privant la plante d'eau et de nutriments. Les algues s'épanouissent dans l'eau salée car elles ont évolué dans des océans anciens très salés. Les ions de sel ne posent aucun problème aux algues car les algues 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 entière, 120-140 jours pour produire des graines pour une nouvelle génération. Pendant 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 sont différentes 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, y compris 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 cultivent 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 vivrières nécessitent une saison de croissance complète du printemps à l'automne - souvent 140 jours ou plus pour produire une seule récolte. Les algues ont appris à s'épanouir lorsqu'elles sont nourries et peuvent atteindre leur maturité rapidement. 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 sa biomasse quotidiennement.
  • Récolte continue. Les algues poussent si rapidement que la moitié de la biomasse algale peut être récoltée quotidiennement. La récolte peut avoir lieu tous les jours où le soleil brille, ce qui peut durer 360 jours par an dans des endroits tels que 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 la LED et d'autres formes de lumière pour prolonger la croissance au-delà des heures de clarté.
  • Fabrication robuste. Un seul événement pendant toute une saison de croissance, tel qu'un pic de température, une sécheresse, des insectes, le vent ou la grêle, peut dévaster toute une culture céréalière. 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 la 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 à 80 % sans huile ni déchets, car la majeure partie de la composition végétale est une structure cellulosique plutôt que des protéines pour les huiles alimentaires ou énergétiques. Certaines souches d'algues produisent 50 % de lipides – des huiles qui peuvent être converties directement en carburéacteurs 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 avoir 30 à 50 % plus d'énergie par gallon que l'essence.
  • Énergie positive. La production d'éthanol avec le maïs est un puits d'énergie car elle consomme plus d'énergie, principalement du carburant diesel et de l'électricité, que le carburant fournit. Les algues peuvent produire des carburants en utilisant peu ou pas de combustible fossile.
  • Durable. Les cultures terrestres consomment des quantités massives de ressources fossiles qui vont s'épuiser - sol fertile, eau douce, combustibles fossiles, engrais et produits chimiques agricoles fossiles. Les algues ne concurrencent pas les cultures terrestres pour les ressources et peuvent pousser 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 transporte des nutriments et des produits chimiques qui polluent les zones humides, les rivières et les lacs. La culture des algues n'émet que de l'oxygène dans l'atmosphère tout en séquestrant du 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 moins développé sur Terre. Domestiquer les algues pour en tirer de nombreux avantages représente l'un des défis les plus stimulants du 21e siècle.

CHAPITRE 5 : Classification des algues

ALes lgae 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. Alors que les différentes espèces partagent certaines caractéristiques, différentes algues, même 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, à utiliser pour l'énergie à une date ultérieure. Certaines algues semblent accumuler plus de pétrole afin de s'élever jusqu'au sommet de la colonne d'eau où elles peuvent récolter plus 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 les algues, car de nombreuses espèces d'algues de taille nanométrique ne pouvaient pas être vues 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 mode de propagation 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 avec le 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, qui est associée à la présence de chlorophylle a, b or c;
  • Ne pas avoir de tissus ou d'organes de transport spécialisés constitués de cellules interconnectées qui déplacent les nutriments et les métabolites entre les 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 et pour la reproduction. 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 parallèlement à l'évolution des plantes terrestres.

Des collections de cultures d'espèces d'algues sont disponibles à l'Université de Toronto, à l'UC 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 World Federation of Culture Collections. La plupart des collections fournissent des informations sur la composition et la culture, les ventes de cultures, des détails descriptifs et des images. L'excellente collection de l'Université du Texas offre un large éventail de paramètres consultables. le Laboratoire d'imagerie algale à Bowling Green fournit des images numériques d'algues gratuitement 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 tels que le varech. La phycologie, l'étude des algues, comprend l'étude des formes procaryotes appelées 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, a l'aspect général illustré sur la figure.

Cellule d'algues

Cellule d'algues

Les plantes d'algues vertes eucaryotes (du grec "true nut") sont structurées comme une noix avec une coque protégeant leur matériel génétique, qui est arrangé en organites. Les algues vertes créent des structures discrètes avec des fonctions spécifiques et ont un ou plusieurs noyaux liés à la membrane. Les cellules procaryotes des algues bleu-vert, les cyanobactéries, ne contiennent pas de noyau ni d'autres organites liés à la membrane.

Les algues peuvent être de petites créatures animées même si ce ne sont pas des animaux. Beaucoup peuvent 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 sur des surfaces solides. Quelques algues peuvent même former des bourgeons oculaires capables de détecter la lumière, ce qui est essentiel pour leur approvisionnement en énergie.

D'autres espèces sont constituées de fins filaments avec des cellules jointes d'un bout à l'autre. Certains s'agglutinent pour former des colonies tandis que d'autres flottent indépendamment. Les algues peuvent se développer sous presque toutes les formes telles que des cônes, des tubes, des filaments ou des cercles. Les algues forment beaucoup 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 d'un virus à une 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'une différence dans les concentrations de la 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, sont un grand groupe 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 la dulse (Palmaria palmata) et laver (nori ou gim) sont une 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 classification générale des algues comprend :

  • Bacillariophyta — diatomées
  • Charophyta — argousiers
  • Chlorophyta — algue verte
  • Chrysophyta — algue dorée
  • Cyanobactéries — bleu-vert
  • Dinophyta — dinoflagellés
  • Phaeophyta — algue brune
  • Rhodophyta — algue rouge
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, 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 le Prochlorococcus et dit que des milliards de ces minuscules cellules constituent des forêts invisibles et fournissent environ la moitié de la photosynthèse dans les océans.

Classification des algues

Groupe taxonomique Chlorophylle Les caroténoïdes Produits de stockage
Bacillariophyta a, c β-carotène, ± -carotène rarementfucoxanthine Huiles de chrysolaminarine
Chloro phycophyta (algues vertes) a, b β-carotène, ± -carotène rarement carotène et lycopène, lutéine Amidon, huiles
Chrysophycophyta (algue dorée) a, c β-carotène, fucoxanthine Huiles de chrysolaminarine
Cyanobactéries (algues bleu-vert) a, c β-carotène, phycobilines
Phaeco phycophyta (algue brune) a, c β-carotène, ± fucoxanthine, violaxanthine Laminarine, glucides solubles, huiles
Dinophyta (dinoflagellés) a, c β-carotène, péridinine, néopéridnine, 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 lumière qu'elle n'absorbe 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 capturer la lumière du soleil pour la photosynthèse, mais chaque pigment ne réagit qu'avec une plage étroite du spectre. Par conséquent, les algues produisent une variété de pigments de différentes couleurs pour capter une plus grande partie de l'énergie du soleil. Les algues canalisent la lumière dans 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 la 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 à la fois 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 créé des spéculations dans la presse mondiale sur d'éventuelles fuites de rayonnement. 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 avec des algues et a rapidement retrouvé sa couleur rose.

Les algues peuvent pousser en symbiose avec les champignons pour créer du lichen, la matière rugueuse colorée du côté ensoleillé des rochers et des arbres. Les algues et le champignon partagent une dépendance mutuelle car 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 la dessiccation - le séchage et la mort au soleil.

L'utilisation de plantes d'algues-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 urchilles. 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 pour l'alimentation humaine, animale et nutraceutique, 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 de 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 sont naturellement très riches en 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 nutritionnelle, 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 changements 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 de 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 rendre le glucose soluble dans l'eau, le sucre végétal, mais elles consomment un espace considérable. Les algues ont adapté la capacité de fabriquer du glucose sous forme d'amidon, des glucides complexes qui ne sont pas solubles et 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 le Programme des 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.
  • Pousse en continu 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 de la fixation aux côtés ou au fond des conteneurs.
  • Facile à récolter et à extraire les lipides avec des parois cellulaires souples ou souples.

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'UC 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, de la composition 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 composition entre les espèces varie énormément. Certaines algues contiennent 80% de lipides tandis que d'autres produisent 60% de protéines et d'autres encore 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, tels que l'azote, le phosphore ou le soufre, elles diminuent la production d'acides gras polyinsaturés essentiels et peuvent produire des protéines de qualité inférieure avec moins d'acides aminés. La privation de nutriments peut entraîner une augmentation de la production de lipides par les algues, mais 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 GM qui sécrètent de l'huile sans récolte, permettant une production continue. Éviter la récolte et l'extraction d'huile élimine d'énormes facteurs de temps et de coût.

Les variétés d'algues offrent une combinaison presque illimitée de caractéristiques. Des attributs spéciaux sont améliorés par des cribles de sélection pour les organismes naturels, la bio-ingénierie et l'hybridation. Des experts en algues comme les Drs. Milton Sommerfeld et Jerry Brand ont investi de nombreuses décennies dans la recherche dans les zones humides, les lacs et les déserts d'algues naturelles qui présentent des propriétés souhaitables. Le Dr Bruce Rittmann a travaillé sur la modification génétique des algues pour produire plus de pétrole ou d'autres composés avancés. De nombreux producteurs d'algues se sont efforcés d'hybrider des 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'algue 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. Des variations dans la culture peuvent modifier considérablement la composition de la biomasse algale.

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

Algues Lipides Protéines Les glucides
Anabaena cylindrica 4-7 43-56 25-30
Aphanizomenon flos-aqua 3 62 23
Arthrospira maxima 6-7 60-71 13-16
Botryococcus braunii 86 4 20
Chlamydomonas rheinhar. 21 48 17
Chlorella ellipsoidea 84 5 16
Chlorella pyrenoidosa 2 57 26
Chlorella vulgaris 14-22 51-58 12-17
Dunaliella salina 6 57 32
Euglena gracilis 14-20 39-61 14-18
Prymnesium parvum 22-38 30-45 25-33
Porphyridium cruentum 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 précieux pour la peau 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 eicospentaénoïque, un acide gras oméga-3 et offre les mêmes bienfaits que l'huile de poisson, qui bien sûr provient des algues. La recherche suggère que l'EPA peut améliorer l'activité cérébrale, réduire la dépression et modérer les comportements suicidaires.
  • Acide docasahexaénoïque, un acide gras oméga-3 généralement présent dans l'huile de poisson et est l'acide gras le plus abondant trouvé dans le cerveau et la rétine. La carence en DHA est associée à un déclin cognitif et à une augmentation de la mort des cellules neuronales. Le DHA est épuisé dans le cortex cérébral des patients gravement déprimés.
  • Acide gamma-linolénique, un acide gras oméga-6 trouvé dans l'huile végétale et a d'abord été extrait 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 pour le cancer afin de supprimer la croissance tumorale et les métastases.

Les composants algaux sont couramment trouvés dans les ingrédients alimentaires. Une famille normale qui utilise des produits laitiers normaux peut découvrir que 70 % des articles de son panier contiennent des ingrédients à base d'algues. Les carraghénanes qui composent les parois cellulaires de plusieurs espèces d'algues rouges et brunes sont une famille de polysaccharides linéaires. Le matériau de 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. La gélose est un agent colloïdal utilisé pour épaissir, suspendre et stabiliser. Cependant, il est surtout connu pour sa capacité unique à former des gels thermiquement réversibles à basse température. La gélose 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, la gélose sert aux scientifiques du monde entier en tant que milieu de type gélatine pour la croissance d'organismes dans le cadre d'études scientifiques et médicales. La gélose 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 rigidifiant dans les milieux de croissance.

La gélose est également utilisée 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, le cirage à chaussures, les moules à empreinte dentaire, les savons à raser, les lotions pour les mains et dans l'industrie du bronzage. Dans l'alimentation, la gélose est utilisée comme substitut de la gélatine, comme agent anti-dessèchement dans les pains et pâtisseries et également pour gélifier et épaissir. L'agar est utilisé dans la fabrication de fromage fondu, de mayonnaise, de puddings, de crèmes, de gelées et dans la fabrication de produits laitiers surgelés.

Nori, le mot japonais pour algue, est populaire dans le monde entier mais surtout en Asie où il est servi avec une variété de 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 ces aliments fabriqués à partir de l'espèce Porphyra car il contient des acides aminés essentiels, des vitamines et des minéraux. En Corée, Porphyra, est connu comme 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 se compose de longues chaînes perlées et forme une agrégation gélatineuse de filaments. Les filaments individuels sont microscopiques, mais les agrégats se présentent sous forme de globules de toutes tailles et ressemblent à des raisins.

Nostoc

Nostoc

Les filaments microscopiques de la spiruline ne forment pas de globules ovales mais se massent souvent en touffes flottantes qui sont poussées contre le rivage par le vent. D'autres espèces d'algues apparaissent sous forme de fils de masses flottantes libres ou de filaments accrochés aux rochers dans l'eau en mouvement rapide. La spiruline, sous forme de poudre, est en tête de la plupart des aliments conventionnels en protéines totales et utilisables. Seuls la volaille et le poisson sont supérieurs avec plus de 45% de protéines utilisables. La spiruline accompagne 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 un problème critique 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 de nombreuses informations 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 lgae 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 ne se produit que dans la couche supérieure, à environ deux pouces, du substrat de croissance, à moins qu'un mélange ne se produise. La croissance de nouvelles cellules bloque la lumière du soleil pour les plantes ci-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, 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 claire et sombre, car elle absorbe du CO2 et expire de l'O2. Les algues sont plus lourdes que l'eau et s'éloigneraient de leur source lumineuse sans se mélanger.

Les algues poussent si vite qu'elles deviennent rapidement limitées en nutriments dans l'eau plate. Ils ne peuvent pas se déplacer et paître 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 fournit une exposition intermittente à la lumière. Le mélange aide également à libérer l'O2 de l'eau dans l'atmosphère. Trop ou trop peu de mélange entrave la croissance et les méthodes de mélange brutales peuvent endommager les cellules dues à la contrainte 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, des projections minces du corps comme des queues de spermatozoïdes qui se déplacent dans un mouvement de 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 pour utiliser la photosynthèse pour convertir les nutriments et les métaux dissous dans les eaux usées en biomasse verte où les métaux peuvent être retirés et récupérés. Les systèmes de production peuvent utiliser des eaux usées, des eaux grises et des eaux salées ou océaniques, 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 du carbone, généralement dérivé du CO₂ ou des carbonates, et est alimenté en continu pendant la journée. Chaque 100 tonnes de biomasse algale fixe environ 183 tonnes de CO₂. L'aliment préféré des algues, le CO₂, doit être ajouté sous forme de gaz ou de bicarbonate, car les algues cultivées poussent trop vite pour pouvoir prélever suffisamment de CO₂ dans 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 trop 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 les 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 transporter les nutriments sur de longues distances. L'engrais non utilisé peut également être réutilisé avec l'eau recyclée.

pH L'acidité de l'eau peut être spécifique au type d'algues produites. Le contrôle du pH de l'eau représente une bonne stratégie pour retarder la croissance des algues concurrentes. Le pH de l'eau est susceptible d'être 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 avec la vitesse de croissance élevée. Le milieu 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 capturent l'O2 libéré et vendent le gaz pur en tant que produit à valeur ajoutée.

Production d'algoculture
La biomasse algale pousse dans des étangs ou des conteneurs appelés bio-usines ou systèmes de production d'algues cultivées (CAPS). L'eau, les nutriments inorganiques, le CO₂ et 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 vive, donc certains systèmes utilisent des ombrages qui limitent la lumière et la diffusent. Diverses espèces produisent mieux à des températures spécifiques, de sorte que certains systèmes utilisent de l'eau recyclée à l'extérieur de la biousine pour maintenir une température optimale.

Même si le CO₂ peut représenter environ 5 % du coût de production, ce coût peut être minimisé en installant la biousine 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. Il minimise également la perte d'eau par évaporation. Les systèmes d'algoculture qui utilisent de l'eau à haute salinité, tels que les flux de déchets agricoles ou l'eau de saumure, produisent une biomasse avec une quantité considérable de sel qui doit être éliminée lors de l'extraction des coproduits. Certains modèles commerciaux indiquent l'utilisation d'algues pour récolter les métaux lourds des 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 pour 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 aliments pour animaux, 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 une production accrue d'algues ou comme eau d'irrigation riche en nutriments. La majeure partie de l'électricité produite à partir du biogaz est consommée dans la production de biomasse et tout excès 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'algoculture

Système de production d'algoculture

Dans une culture continue, du milieu de culture frais est alimenté à débit constant et la même quantité de bouillon de microalgues est prélevée. L'alimentation s'arrête pendant la nuit mais le mélange continue d'empêcher la sédimentation de la biomasse. Jusqu'à 20 % de la biomasse, produite pendant la journée, peut être consommée pendant la nuit pour entretenir les cellules jusqu'au lever du soleil. La perte nocturne de biomasse dépend du niveau de luminosité 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, 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, 20-87 %. 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 que le composant huileux est utilisé pour le biocarburant, la biomasse riche en protéines restante peut être déshumidifiée 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 tourteau d'algues peut être séparé en divers aliments, ingrédients alimentaires, fourrage, engrais, médicaments fins ou autres composants.

Composants d'algues, produits et utilisations

Composants d'algues, produits et utilisations

La production d'algues pour l'alimentation, le carburant, les médicaments ou d'autres co-produits 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 restants après l'extraction du pétrole. Le modeste besoin énergétique pour le mélange et la récolte peut également provenir d'autres sources non carbonées telles que le vent, la géothermie ou le 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. Ceux-ci incluent le lait riche en protéines, la purée molle de toute taille, forme ou texture, tortilla, craquelins ou 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 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 ?

Algae a sauvé notre planète il y a 3.5 milliards d'années en transformant le CO chaud et mortel2 et l'atmosphère de méthane à suffisamment d'oxygène pour soutenir la vie. Il y a seulement 2 millions d'années, les algues ont peut-être réalisé un autre exploit incroyable en fournissant les micronutriments qui ont déclenché l'élargissement du cerveau humain. Des cerveaux qui se sont développés trois fois plus gros que les chimpanzés, ont différencié notre Homo ancêtres de leurs cousins ​​préhumains et primates.

Une mystérieuse source de nutriments a déclenché une hypertrophie du cerveau, une encéphalisation, il y a environ 2 millions d'années. Les scientifiques s'accordent à dire que les premiers hominoïdes ont dû trouver un régime plus énergétique plus riche que leur régime antérieur de primates composé de noix, de feuilles, d'écorce, de pousses, de racines et d'insectes. Le nouveau régime devait être riche en nutriments essentiels, en particulier en protéines et en oméga-3, pour favoriser l'élargissement du cerveau. Les manuels suggèrent qu'au début Homo ont fait un pas vers l'encéphalisation en élargissant leur régime alimentaire pour inclure de la viande de gibier de savane, qui aurait fourni l'énergie et les nutriments nécessaires pour développer et soutenir des cerveaux plus gros.

Cependant, l'acquisition de viande aurait nécessité des premiers hominoïdes à petit cerveau (légèrement plus gros que le cerveau de chimpanzé) et maigres pour rivaliser avec les animaux sauvages pour acquérir de la viande. Tôt Homo sacrifié la masse musculaire, la taille et la vitesse pour marcher debout et une légère augmentation de la taille du cerveau. Le scénario de la viande de gibier ignore le risque énergétique et de survie substantiel associé à la concurrence avec des animaux sauvages beaucoup plus gros, plus rapides et plus forts, dotés de compétences spécialisées en matière de charognard et de chasse. Les prédateurs africains il y a 2 millions d'années étaient deux fois plus gros 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. Avait tôt Homo viande chassée sans armes, ils seraient très probablement devenus la chaîne alimentaire. Même s'ils avaient trouvé de la viande, ils n'avaient pas les dents pour arracher ou mastiquer la viande crue. Leurs estomacs ne pouvaient pas digérer la viande crue, ce qui leur aurait probablement donné une diarrhée qui faisait rage. Une source de nourriture nutritive, sûre, pratique et digeste riche en oméga-3 doit avoir précédé la consommation de viande de gibier pour permettre les premières étapes de l'élargissement du cerveau.

Homo précoce à petit cerveau

À gauche : Homo précoce à petit cerveau. À droite : 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 dans le cerveau. L'acide arachidonique (ARA), une graisse polyinsaturée à longue chaîne oméga-6, comprend 35% des graisses polyinsaturées et 48% des acides gras oméga-6 dans le 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 normaux du cerveau, ainsi qu'aux opérations des yeux et du cœur. Ces acides gras sont concentrés dans la région du cerveau responsable de 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 plus grande taille de cerveau 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. Le tissu musculaire et les organes des ruminants sauvages africains 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 a peut-être plutôt été de descendre dans la chaîne alimentaire lorsqu'ils ont ingéré des algues dans leur eau de boisson. La consommation d'algues était peut-être intentionnelle, mais 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 plus anciens lacs et zones humides de la Terre qui produisent des peuplements naturels abondants d'algues spiruline riches en protéines et en nutriments. La spiruline est le supplément nutritif d'algues le plus vendu sur le marché aujourd'hui, car elle fournit un ensemble complet de nutriments essentiels. Une tribu d'hominoïdes 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 une alimentation complète. 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'encéphalisation.

Tôt Homo ont peut-être été attirés par l'eau douce verte parce que leur régime alimentaire fade, sec et granuleux était presque dépourvu 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 fourni une valeur nutritive supplémentaire. Lorsqu'elles sont ingérées, les algues créent une sensation de satiété grâce à une libération modérée de glucose, ce qui aurait été une aubaine pour les mères d'enfants affamés. Les algues facilitent également la digestion, de sorte que les mères ont pu s'assurer que leur progéniture buvait 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 tapis qui auraient pu être récoltés facilement d'un simple geste de la main. Ces algues concentrées peuvent avoir été attrayantes pour leur goût sucré ainsi que pour leur valeur protéique.

Au fur et à mesure que leur cerveau grossissait, au début Homo peuvent avoir élargi leur régime alimentaire en exploitant l'écosystème aquatique pour les mangeurs d'algues riches en protéines d'algues et en nutriments tels que les invertébrés, les coquillages et les poissons, les insectes et les amphibiens. Les nutriments des algues étaient disponibles localement, toute l'année et étaient faciles à récolter et prêts à manger ou à sécher et à stocker pour une consommation ultérieure. Les algues ont peut-être servi de plat cuisiné original et savoureux et ont fourni des protéines saines avec un ensemble complet d'acides aminés essentiels, des acides gras essentiels qui ont soutenu 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 tapis flottant sur l'eau pour les utiliser comme suppléments nutritionnels.

Femmes récoltant des algues

Femmes récoltant des algues. Dessin dans la nature humaine, mars 1978, par Peter Furst.

Santé
Les premiers cerveaux humains n'étaient pas la seule partie du corps qui bénéficiait des algues. Aujourd'hui, les quatre maladies carentielles les plus répandues dans le monde en 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 au défi les pré-humains qui n'avaient ni armes de chasse ni compétences de chasse et manquaient également de feux de cuisson. Les aliments végétaux de la forêt 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 pour ramollir les parois cellulaires et libérer les nutriments 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 lorsque le régime local ne le fait pas. Typiquement, 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 acquérir suffisamment d'iode. Dans de nombreux écosystèmes, peu d'eau douce est disponible pour la consommation. Le secret des algues pour une valeur nutritive élevée réside dans leur capacité à bioaccumuler les nutriments dans l'eau à 1,000 XNUMX fois les niveaux ambiants. Cela signifie que même lorsque certains nutriments, minéraux ou vitamines peuvent manquer 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 élargi leur régime alimentaire et sont finalement devenus des chasseurs. Le premier enregistrement fossile d'une arme de chasse n'a que 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 chemin diététique pour devenir humain n'a peut-être pas été une étape dans la chaîne alimentaire pour récolter la viande de gibier de savane. Plus probablement, nos ancêtres ont d'abord valsé deux étapes dans la chaîne alimentaire aquatique pour les bienfaits nutritionnels des algues, en particulier les oméga-3. Après que leur cerveau se soit agrandi grâce aux nutriments des algues, nos ancêtres étaient prêts à franchir le pas de la chaîne alimentaire trophique terrestre pour récolter la viande de gibier.

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