Les microalgues : Les microalgues : biocarburant de demain ?biocarburant de demain ?

3 constats évidents

Les atouts de microalgues

Comment fabriquer le biocarburant ?

Des incertitudes et quelques inconvénients

3 constats évidents3 constats évidents

150 milliards de tonnes = 1000 à 1200 milliards de barils

50000 milliards de $

4 fois le PIB des états unis Les avancées technologiques

repoussent la fin du pétrole

Les carburants fossiles vont manquerLes carburants fossiles vont manquer

Rythme de consommation actuelle

Réserves actuelles :

40 ans de pétrole

Les défauts des biocarburants actuelsLes défauts des biocarburants actuels

Utilisation d'espaces agricoles

Utilisation de grandes quantités d'eau

Utilisation de produits chimiques (engrais, phytosanitaires)

Concurrence avec les cultures alimentaires

Exemple de la production de Exemple de la production de biocarburant de betteravebiocarburant de betterave

Consommation mondiale pétrole (transports routiers) en 2004 : 1,5 Gt

Équivalent pétrole produit en éthanol de betterave

525 millions d'ha

1/3 des terres agricoles mondiales

Présence en eau salée/douce

Les microalgues, un potentiel Les microalgues, un potentiel inexploitéinexploité

Des milliers de microalgues par goutte d'eau

Bloom algal

Nuage de microalgues et de phytoplancton

Les microalgues, un potentiel Les microalgues, un potentiel inexploitéinexploité

Entre 200 000 et 1 million d'espèces

Très riches en triglycérides

Nombreuses utilisations

Utilité dans de nombreux domainesUtilité dans de nombreux domaines

dans l’alimentation

dans l’agroalimentaire

dans les cosmétiques

dans le médical (santé)

dans l’environnement

dans l’industrie

dans l’énergie

Algues comestibles

« laverbread »

Compléments alimentairespour chevaux

Fabrication d’alginates à partir de laminaires

Shampoing pour cheveux

secs à base d'algues

Crème à base d'algues marines

Algues (Fucus) Médicament utilisé pour faciliter la perte de poids.

Soin antirides pour hommes à pouvoir

antiradicalaires,

2 grammes de spiruline

et 6 semaines peuvent sauver un enfant en

sous-nutrition

La dépollution dans des stations

d’épuration

Le captage

du carbone

(CO2)

Fabrication de nombreux colorants

D’adhésifs et de certaines enzymes

Colorant (avec extraits d’algues brunes)

Plusieurs sources futures de production

Production d'hydrogène

Production d'énergie par combustion du Méthane

Production de biodiesel

Pile à combustible

Usine de combustion de biogaz

Les microalgues, un potentiel Les microalgues, un potentiel inexploitéinexploité

Entre 200 000 et 1 million d'espècesEntre 200 000 et 1 million d'espèces

Très riches en triglycérides

Rendements productifs supérieurs aux plantes terrestres

Nombreuses utilisations

Grande capacité à stocker le CO2

Les atouts des microalguesLes atouts des microalgues

Le couplage industrielLe couplage industriel

50 à 80 % du CO2 fixé est recyclé

1kg de biomasse = 1,8kg de CO2 fixé

Avantages écologiques

Avantages économiques

Avantages pour la culture

CO2 et azote favorisent la croissance

CO2 dope la photosynthèse

25 % du phosphore et de l'azote est recyclé

Revalorisation économique des microalgues

Production d'énergie à partir de la biomasse

Usine E.ON en AllemagneUsine E.ON en Allemagne

Inaugurée le 28 août 2008

Coût total du projet : 2,2 millions d'€

Production visée : 160 t de biomasse

5000t nécessaires pour fixer le CO2 d'une centrale moyenne

Les avantages productifsLes avantages productifs

Rendement photosynthétique du tournesol <1%

Rendements en huile 30 fois supérieurs aux oléagineux terrestres

Rendement photosynthétique = 6 %

Contenu lipidique = 80 %

Contenu lipidique du jatropha = 30 à 40 %

02468

101214161820

Energie produite par lebiocarburant pour 1 unité

de carburant fossileutilisée

Ethanol de maïs

Biodiesel

Ethanol de Canneà Sucre

Biocarburant de3eme génération(microalgues)

1 2,51 8

19

Comparaison de l'énergie produite Comparaison de l'énergie produite par différents biocarburants par différents biocarburants

Les avantages écologiquesLes avantages écologiques

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

éthanol de maïséthanol de canne à sucrebiodieselbiocarburant de microalgues

Émission de gaz à effet de serre

Lbs/gal

Les avantages pratiquesLes avantages pratiques

Possibilité de s'affranchir du sol

Réutilisation de l'eau à l'infini

Possibilité de culture dans les pays en voie de développement

Revalorisation des microalgues

Comment fabriquer le Comment fabriquer le biocarburant ?biocarburant ?

Bassins d’eau ouverts

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

Construction et entretien facile

Risque de contamination élevé

Culture en bassins « Raceway »Culture en bassins « Raceway »

Clos avec circulation de nutriments, air et

CO2

Modification de différents facteurs :

Lumière, température, pH…

PBR produit 1,4 fois plus de lipides que

le système Raceway

Culture en photobioréacteur (PBR)Culture en photobioréacteur (PBR)

Isole des agents de contamination

extérieurs

O2 et pH difficiles à controler

Risque de photoinhibition

Grande illumination artificielle

Les microalgues n'ont besoin que de lumière et d'eau pour croître

Culture en Arizona de Greenfuel

Un espace inutilisé gigantesque

Le lieu de cultureLe lieu de culture

Le désert a la meilleure luminosité

Culture dans le Colorado deSolix Biofuels

OPPORTUNITE DU DESERT (eau dans les PBR)

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

Réalisation du Projet Shamash : une association d’entreprises

Visite d’une entreprise associée au projet : l’IFREMER

Shamashça marche

Développement d’un biocarburant à base de microalgues qui puisse tenir la route

Quelle est la meilleure algue dans le but de produire du biocarburant et quel est son optimum de croissance ?

Jour 1 Jour 2 Jour 3 Jour 4 Jour 5 Jour 8 Jour 11

10000

100000

1000000

10000000

100000000

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

1mL Haut

4mL Haut

1mL Bas

4mL Bas

Temps (en jours)

Nom

bre

de m

icro

algu

es (e

n ce

llule

s/m

L)

L'écophysiologie (expérience)L'écophysiologie (expérience)

Ecophysiologie :

Variation des facteurs environnementaux ou des conditions

de culture

Solution A = 4mL H

Solution B = 1mL H

Solution C = 4mL B

Solution D = 1mL B

Facteurs modifiés lors de l'expérience

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

Luminosité : 30 (haut) ou 300 lux(bas)

Résultats de l'expérienceInterprétation des résultats

Haut = 30 luxBas = 300 lux

La récolte des microalguesLa récolte des microalgues

Coagulation et floculation

Centrifugation

Filtration

Utilisation de produits chimiques

Quantité limitéeRésultats aléatoires

Risque d’abimer ou d’altérer la cellule

Consommation énergétique

L’extraction des lipidesL’extraction des lipides

Solvant chimique

Ex : l’hexane

Utilisé dans l’alimentaireBon marché et efficace

Risque d’altérationPeu respectueux de l’environnement

L’extraction des lipidesL’extraction des lipides

Le CO2 supercritique

CO2 dans des conditions extrêmes(74 bar et 31°C)

CO2 à faible prix, abondant, réutilisable

N’altère pas le reste de la microalgue

Utilisé pour le café décaféiné

La transestérificationLa transestérification

Obtenu des lipides des microalgues

Obtenu de la dé-composition

d’êtres vivants ou du méthane

Additif alimentaire, cosmétique,cellophane

Le biodiesel

+ catalyseurs : alcools ou alcalins

Des incertitudes et Des incertitudes et quelques inconvénientsquelques inconvénients

Un coût encore élevéUn coût encore élevé

Risques liés à une culture intensive

Taille de la culture augmentée

5 $ / kg mat. sèche (Raceway)

10 $ le litre de biodiesel minimum

70 $ / kg mat. sèche(PBR)

Autres facteurs à prendre en considération :

Du tube à essai à la pompe à Du tube à essai à la pompe à essence : des inconnuesessence : des inconnues

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Rend

emen

ts e

n %

Nannochloropsissp.

Chorella sp. Phaeodactylumtricornutum

Dunaliella Salina

Microalgues

RENDEMENT THEORIQUE ET RENDEMENTS REELS

photobioréacteur

Raceway

rendem ent théorique

Rendements réels (cultures de 140 à 2000L) Rendements théoriques

Exemple de la captation du CO2

Un bilan écologique uniquement positif ?Un bilan écologique uniquement positif ?

Quel sera l'impact sur l'environnement local ?

Que faire des rejets ?

Quels risques avec une espèce OGM ?

Besoin d'énergie = production d'electricité

Risques de modification des espèces naturelles (Raceway)

Production de gaz à effet de serre

Conclusion : des verrous à leverConclusion : des verrous à lever

Comment obtenir le meilleur rendement ?

Comment diminuer le coût du litre de manière efficace ?

Quels sont les risques pour l'environnement ?

PRODUCTION DEMICROALGUESLumière

Nutriments

CO2

SEPARATION DESCOMPOSANTS

lipides

TRANSESTERIFICATION

catalyseurs

Méthanol + lipides

ester méthylique

méthanol

sucres

glycérol et résidus

RAFFINAGE

BIOCARBURANT

FERMENTATION

DIVERSES UTILISATIONS :Savon, nitroglycérine, additifalimentaire...

Eau et milieu nutritif

Revalorisation de la microalgueRevalorisation de la microalgue

protéines