Algae

Algue

Nom vernaculaire ou
nom normalisé ambigu :
Le terme « Algues » s'applique, en français,
à plusieurs taxons distincts. Icône de redirection
Algues
Algues vertes filamenteuses d'eau douce
Algues vertes filamenteuses d'eau douce
Taxons concernés
ou Oxyphotobacteria
ou Glaucocystophyta
ou Viridiplantae
ou Conjugatophyceae
ou Cryptomonadea
ou Cryptomonadophyceae
  • Classe Euglenophyceae
ou Euglenoida
  • Classe Chlorarachniophyceae
ou Prymnesiophyta
  • Classe Dinophyceae
  • Classe Blastodiniphyceae
  • Classe Noctiluciphyceae
  • Classe Syndiniophyceae
ou Heterokontophyta
ou Diatomophyceae
  • Classe Bolidophyceae
  • Classe Parmophyceae
  • Classe Pelagophyceae
  • Classe Pedinellophyceae
  • Classe Dictyochophyceae
  • Classe Pinguiophyceae
  • Classe Raphidophyceae
  • Classe Phaeothamniophyceae
  • Classe Chrysomerophyceae
  • Classe Xanthophyceae
ou Tribophyceae
ou Melanophyceae
ou Fucophyceae

Les algues sont des êtres vivants capables de photosynthèse dont le cycle de vie se déroule généralement en milieu aquatique. Elles constituent une part très importante de la biodiversité, et une des bases des réseaux trophiques des milieux aquatiques d'eaux douces, saumâtres et marines. Elles sont aussi utilisées dans l'alimentation humaine, par l'agriculture et par l'industrie.

Les algues ne constituent pas un groupe évolutif unique, mais désignent toute une série d'organismes pouvant appartenir à des groupes phylogénétiques très différents[1].

L'étude des algues s'appelle la phycologie (le terme d'algologie est parfois utilisé mais il désigne également la branche de la médecine qui traite de la douleur).

Sommaire

Description générale, typologie

De fait les algues ont souvent été définies par défaut, par simple opposition aux végétaux terrestres pluricellulaires.

Dans l'acception la plus large du terme, les algues rassemblent donc, entre autres :

La morphologie est donc très diversifiée : il existe des algues qui sont unicellulaires, éventuellement mobiles, d'autres forment des filaments cellulaires ou des lames simples, d'autres développent des architectures complexes et différenciées, par apposition cellulaire ou par enchevêtrement de filaments tubulaires. Les algues ne possèdent cependant pas de tissus nettement individualisés, comme on peut en trouver parmi les végétaux terrestres vasculaires. Les couleurs des algues peuvent être très variées : verte, jaune, rouge, brune, et ont servi, dans le sillage de Lamouroux à désigner les différents groupes d'algues.

Bien que pouvant appartenir à des groupes non apparentés, les algues peuvent constituer divers groupes écologiques pertinents : les macroalgues marines, le phytoplancton, etc.

Tous les végétaux aquatiques ne sont cependant pas des algues : certaines Spermaphytes sont reparties secondairement à la conquête des eaux douces (Potamogetonacées, Hydrocharitacées, Utriculaires, etc.) ou même des eaux marines (Zostéracées, Posidoniacées). Dans le sens inverse, de nombreuses algues unicellulaires ont conquis des habitats terrestres très diversifiés, pourvu qu'ils soient au moins un peu humides (ainsi, Chlamydomonas nivalis vit dans les glaciers et Trentepohlia sp. est responsable des trainées rougeâtres sur le crépi des maisons de l'ouest de la France).

Certaines algues ont pu quelquefois devenir parasites ou plus célèbrement contribuer à des formes symbiotiques stabilisées, les Lichens et les Coraux.

Classification des algues

« Algues » procaryotes

Traditionnellement, on classait les Cyanobactéries parmi les algues, référencées comme cyanophytes ou algues bleu-vert, bien que certains traités les en aient exclues. Elles apparaissent déjà dans des fossiles du Précambrien, datant d'environ 3,8 milliards d'années. Elles auraient joué un grand rôle dans la production de l'oxygène de l'atmosphère. Leurs cellules ont une structure procaryote typique des bactéries. La photosynthèse se produit directement dans le cytoplasme. Lorsqu'elles sont en symbiose avec un champignon, elles forment un lichen.

Elles sont à l'origine des chloroplastes des cellules eucaryotes, et ont ainsi permis aux végétaux de réaliser la photosynthèse, à la suite d'une endosymbiose.

Algues eucaryotes

Caulerpa prolifera, présente sur les fonds
sableux de la côte d'Azur (France)

Toutes les autres algues sont eucaryotes. Chez-elles, la photosynthèse se produit dans des structures particulières, entourées d'une membrane, qu'on appelle chloroplastes. Ces structures contiennent de l'ADN et sont similaires aux cyanobactéries validant l'hypothèse de l'endosymbiose.

Trois groupes de végétaux ont des chloroplastes « primaires » :

Dans ces groupes, le chloroplaste est entouré par 2 membranes. Ceux des algues rouges ont plus ou moins la pigmentation typique des cyanobactéries, alors que la couleur verte, et celle des plantes supérieures, est due à la chlorophylle a et b. On pense raisonnablement que[réf. nécessaire] ces groupes ont un ancêtre commun, c'est-à-dire que l'existence des chloroplastes serait la conséquence d'un seul événement endosymbiotique.

Deux autres groupes, les Euglénophytes et les Chlorarachniophytes, ont des chloroplastes verts contenant de la chlorophylle a et b. Ces chloroplastes sont entourés, respectivement, de trois ou quatre membranes et furent probablement acquis de l'incorporation d'une algue verte. Ceux des Chlorarachniophytes contiennent un petit nucléomorphe, reste du noyau de la cellule. On suppose que les chloroplastes des Euglénophytes ont seulement 3 membranes parce qu'ils furent acquis par myzocytose plutôt que par phagocytose.

Diatomées marines vues au microscope

Les autres algues ont toutes des chloroplastes contenant des chlorophylles a et c. Ce dernier type de chlorophylle n'est pas connu du moindre procaryote ou chloroplaste primaire, mais des similarités génétiques suggèrent une relation avec l'algue rouge. Ces groupes comprennent:


Dans les trois premiers de ces groupes (Chromista) le chloroplaste a 4 membranes, retenant un nucléomorphe chez les Cryptophytes, et on suppose maintenant qu'ils ont en commun un ancêtre coloré. Le chloroplaste des Dinoflagellés typiques a 3 membranes, mais il y a une diversité considérable dans les chloroplastes de ce groupe, quelques membres ayant acquis leurs plastes par d'autres sources. Les Apicomplexa, un groupe de parasites étroitement apparentés, ont aussi des plastes dégénérés appelés apicoplastes, différents toutefois des véritables chloroplastes, qui semblent avoir une origine commune avec ceux des dinoflagellés.

Appartenance des algues, selon diverses classifications

Genres d'algues

Thalle de Fucus serratus déposé en laisse de mer sur une plage de Belgique

Formes des algues

La plupart des algues les plus simples sont unicellulaires flagellés ou amoeboïdes, mais des formes coloniales et non-mobiles se sont développées indépendamment dans plusieurs de ces groupes. Les niveaux d'organisation les plus courants, dont plusieurs peuvent intervenir dans le cycle de vie d'une espèce, sont les suivants :

  • Colonial - petit groupe ordinaire de cellules mobiles.
  • Capsoïde - cellules non-mobiles incluses dans un mucilage.
  • Coccoïde - des cellules individuelles non-mobiles avec des parois cellulaires.
  • Palmelloïde - des cellules non-mobiles incluse dans le mucilage.
  • Filamenteux - une kyrielle de cellules non-mobiles connectées ensemble, quelquefois ramifiées.
  • Membraneux - des cellules formant un thalle avec une différenciation partielle des tissus.

Des niveaux plus élevés d'organisation ont même été atteints, menant à des organismes avec des différenciations complètes des tissus. Ce sont les algues brunes qui peuvent atteindre 70 m de long (varech); les algues rouges et les algues vertes. Les formes les plus complexes se trouvent chez les algues vertes (voir Charales), dans une lignée qui a conduit aux plantes supérieures. Le point où ces dernières commencent et où les algues s'arrêtent est marqué habituellement par la présence d'organes reproductifs munis de couches de cellules protectrices, une caractéristique qu'on ne trouve pas dans les autres groupes d'algues.

Écologie des algues

Kelp forest-blue.jpg

Les algues constituent une part importante de l'écologie aquatique et adoptent des modes de vie très divers. Bien qu'elles soient toutes pourvues de chlorophylle, elles peuvent être autonomes (autotrophes ou saprophytes), parasites ou vivre en symbiose. Les algues contribuent à la limitation de l'effet de serre en fixant le carbone par photosynthèse.

  • Algues autotrophes
    • Algues flottantes du plancton
      • Algues unicellulaires, en colonies lâches ou filamenteuses formant le phytoplancton,
      • Algues flottantes de grande taille : les sargasses, algues brunes adaptées à la vie flottante, elles ont donné leur nom à la mer des Sargasses, ou bien algues brunes ou rouges qui forment des boules ou pelotes flottantes appelées aegragopiles.
    • Algues thermophiles
    • Algues aériennes
    • Algues fixées
      • sur des rochers : épilithes
        • Ce sont les algues des côtes rocheuses fixées par des crampons robustes aux rochers ou aux galets jusqu'à une profondeur de 50 à 75 m, mais elles se raréfient très rapidement avec la profondeur au-delà de 30 m, les radiations utiles à la photosynthèse étant absorbées par l'eau de mer. Elles se développent plus sur des côtes en pente douce qui forment des plates-formes littorales étendues. C'est parmi ces algues qu'on trouve les espèces géantes : les laminaires, les Durvillea de Nouvelle-Zélande longue de 10 m, ou les Nereocystis de la côte Ouest de l'Amérique du Nord dont les frondes peuvent atteindre 50 m de long.
        • NB : la posidonie (Posidonia oceanica), espèce endémique de Méditerranée, n'est pas une algue, mais une plante à fleurs de la famille des Posidoniacées. La zostère est également une plante à fleurs. Quant à la salicorne, c'est une plante terrestre halophile (qui aime le sel).
      • sur des animaux : épizoïques
        • Les paresseux ( ou unau) portent sur leur poils une algue brune pendant la saison sèche et verte pendant la saison des pluies, qui les aide à se confondre avec leur environnement.
      • sur des végétaux : épiphytes
      • sur du bois : épixyles
  • Algues saprophytes
  • Algues parasites
  • Algues symbiotiques :
    • on appelle zoochlorelles ou zooxanthelles, les algues vivant en association avec des organismes animaux, selon qu'il s'agit d'algues vertes ou d'algues brunes. Les organismes concernés sont des spongiaires, des cnidaires, des bryozoaires ou des protozoaires.
    • avec des champignons : les lichens. Toutes les algues qui prennent part à la formation de lichens sont des Chlorophycées, la plupart unicellulaires.

Les plus grandes algues, appelées algues marines croissent surtout dans les fonds peu profonds et procurent des habitats différents. Des formes microscopiques, appelées phytoplancton, procurent la base de la chaîne alimentaire marine. Le phytoplancton peut être présent en forte densité notamment à cause de l'eutrophisation. Ce phénomène, appelé efflorescence d'algues, peut provoquer un changement visible de la couleur de l'eau.

Les marées vertes qui peuvent couvrir certaines plages d'un matelas nauséabond de quelques décimètres d'épaisseur et de quelques mètres voire dizaines de mètres de large, sont dues à la prolifération d'algues vertes, essentiellement Ulva lactuca, dans un milieu enrichi en nitrates par le ruissellement dans les zones d'agriculture intensive ou par un traitement insuffisant des eaux usées de zones urbaines.

Article connexe : Étagement algal.

Utilisations

Algues utiles

Alimentation humaine

Certaines espèces d'algues sont utilisées pour l'alimentation humaine, soit directement, soit sous forme de compléments alimentaires, soit sous forme d'additifs :

Par leur capacité à filtrer l'eau et à concentrer ses constituants même en quantité infinitésimale, [3] les algues sont également une source très utile d'oligo-éléments, notamment le magnésium, et l'iode qui font généralement défaut à l'alimentation dans les pays industrialisés (ceux qui consomment peu de poisson notamment, et qui consomment du sel raffiné dépouillé de son iode naturel).

Mais cet avantage se change en inconvénient quand l'eau devient polluée. C'est le cas par exemple avec les rejets d'eau radioactive, près des centrales nucléaires côtières, des centres de retraitement de déchets radioactifs (Windscale en Grande-Bretagne, usine de la Hague en France par exemple) ou des lieux d'expérimentation de bombes atomiques (l'atoll de Moruroa en Polynésie française par exemple) : les teneurs en radionucléides peuvent alors rendre ces algues dangereuses pour la santé.

Alimentation animale

On note l'utilisation ancienne du goémon, fabrication de farines et tourteaux incorporés dans les aliments composés, pour volailles notamment.

Engrais et amendements

Le goémon, ou varech, est récolté sur les côtes, notamment en Bretagne depuis très longtemps pour en faire de l'engrais. Autrefois, il servait aussi à produire de la soude et de la potasse.

Le maërl, ou Phymatolithon calcareum (Lithothamnium calcareum), une algue rouge calcifiée, était utilisé pour l'amendement des sols acides. Les fonds à maërl sont maintenant protégés.

Usages industriels

Certaines substances tirées des algues, notamment l'algine, déjà citée, sont utilisées comme gélifiants, épaississant, émulsifiants, dans de nombreuses industries : pharmacie, cosmétiques, matières plastiques, peintures...

L'agar-agar sert de base pour la fabrication des milieux de culture bactériologique.

Phymatolithon calcareum (Lithothamnium) fournit un calcaire poreux utilisé pour la filtration de l'eau.

La capacité des algues à filtrer l'eau en concentrant ses constituants est également utilisable dans des stations d'épuration des eaux usées (villes) ou des eaux sortant d'installations industrielles (industrie chimique notamment). Il reste à choisir ce qu'il est fait de ces algues devenues des déchets, en général toxiques.

Production de biocarburants

C'est probablement à partir d'algues que les biocarburants pourront être produits avec le meilleur rendement[4]'[5] rendant ainsi envisageable une production en quantité significative sans déforestation massive. Des cultures d'algues unicellulaires à forte teneur en lipides (50 % à 80% en masse) et à temps de doublement rapide (de l'ordre de 24 h) permettent en effet une production de biodiesel moins polluante et incomparablement plus efficace que l'agriculture intensive de végétaux terrestres : les superficies nécessaires sont 30 fois moindres. Plusieurs techniques de production sont étudiées :

  • Culture en étang.
  • Culture sous serre.
  • Culture dans des bioréacteurs fortement insolés, où la production d'algues est accélérée par barbotage de CO2 (évitant ainsi le rejet immédiat de ce gaz à effet de serre issu d'une industrie polluante comme une centrale électrique thermique à flamme).

Les lipides extraits de cette biomasse peuvent être utilisés soit directement comme huile végétale pour alimenter les moteurs diesel - à 100 % pour ceux qui le tolèrent : tracteurs, moteurs de bateaux, moteurs de camions et voitures de modèles des années 1990 ; ou en mélange à du gazoil, jusqu'à 50 % sans modification, pour les moteurs récents, plus sensibles-, soit soumis à une transesterification pour produire du biodiesel. Les résidus peuvent encore être valorisés, par exemple par une fermentation produisant du bioéthanol.

Une limite de cette filière est la nécessité d'alimenter les cultures d'algues en fortes concentrations de CO2. Tant que ce CO2 sera issu de l'exploitation d'une énergie fossile, on ne pourra pas considérer cette source de biocarburant comme une énergie renouvelable. Sera-t-il un jour possible d'utiliser efficacement le CO2 atmosphérique ? Et ce jour viendra-t-il assez vite pour éviter les catastrophes promises par le réchauffement climatique ? Les données actuelles ne permettent pas un tel espoir.

Algues toxiques et nuisibles

Des algues unicellulaires microscopiques (Dinoflagellées) peuvent rendre toxiques pour l'homme les mollusques (moules, huîtres, praires, coques, palourdes...) et les rendre impropres à la consommation, sous peine de troubles gastro-entériques graves ou, plus rarement, d'atteintes neuro-musculaires ; phénomène assez récurrent dans la mytiliculture du bassin de Thau en Languedoc et sur les côtes de l'Atlantique, notamment en Bretagne et en Vendée.

Sargassum muticum, algue brune introduite accidentellement en Europe en 1973 avec des huitres japonaises, a colonisé rapidement le littoral atlantique de l'Espagne à la Norvège ainsi que la Méditerranée occidentale jusqu'à Venise. Elle est toxique et n'est pas consommée par la faune locale. Elle se substitue à la flore locale et constitue une nuisance importante pour la conchyliculture. Elle prolifère particulièrement dans les chenaux fréquentés par les navires en raison de sa capacité de multiplication par bouturage. Ce phénomène a été clairement caractérisé pour la première fois dans les années 1970, les pollutions augmentant de manière importante dans les années 1990, avant de se stabiliser dans les années 2000. En cause : les eaux de ballast des navires, qui ont propagé les algues toxiques sur tout le globe[6].

L'« algue tueuse », Caulerpa taxifolia, algue verte tropicale échappée accidentellement du musée océanographique de Monaco est devenue depuis quelques années envahissante en mer Méditerranée au détriment de la végétation autochtone, entre autres les herbiers de posidonie. Elle est toxique et n'est pas consommée par la faune locale.

Les goémoniers considèrent Saccorhiza polyschides, une laminaire très robuste, sans intérêt économique, qui colonise rapidement les rochers dépouillés par l'exploitation des Laminaria digitata, comme une « mauvaise herbe ».

Notes et références

  1. Voir en particulier les ouvrages :
    • Bruno de Reviers, Biologie et phylogénie des algues, vol. 1 : tome 1, 2002 [détail des éditions] 
    • Bruno de Reviers, Biologie et phylogénie des algues, vol. 2 : tome 2, 2003 [détail des éditions] 
  2. Les algues : une « agroressource » d'avenir Des expériences autour des algues décrites sur CultureSciences Chimie, un site ENS-DGESCO
  3. Capacité qui est à la base des phénomènes biologiques, et qui permet en particulier l'alimentation de chaque organisme vivant?. Cette capacité se transforme en inconvénient lorsqu'il s'agit de polluants, qui sont alors de plus en plus concentrés tout au long de la chaîne alimentaire : le plancton consommé par des petits poissons, consommés eux-mêmes par des poissons carnivores, puis par les hommes. À chaque niveau la concentration dans les tissus est de l'ordre de 10, ce qui peut rendre la concentration finale importante, et très supérieure aux normes sanitaires. On parle de concentration dans les chaînes alimentaires.
  4. http://www.unh.edu/p2/biodiesel/article_alge.html Widescale Biodiesel Production from Algae
  5. http://www1.eere.energy.gov/biomass/pdfs/biodiesel_from_algae.pdf A Look Back at the U.S. Department of Energy’s Aquatic Species Program: Biodiesel from Algae
  6. La pollution des mers manifestée par les coquillages article d'Infos eau

Voir aussi

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