Algocarburant

schéma de production d'algocarburant

Un algocarburant est un carburant à base de lipides extraits des micro-algues. Les algocarburants sont des biocarburants de « troisième génération » potentiellement capables de remplacer les controversés biodiesels de « première génération », obtenus à partir d'huile végétale de plantes terrestres.

Histoire

Le précurseur de l'utilisation des algues à l'échelle industrielle est Alexandre Saint-Yves d'Alveydre à la fin du XIX^e siècle. Il entreprit la mise au point d'applications industrielles de plantes marines, et arrêta son projet faute de capitaux (De l'utilité des algues marines paru en 1879 / Editeur : O. Berthier; Langue : Français ; ASIN: B001BS47TU).

Principales caractéristiques

Les algues sont le premier composant du kérogène, duquel est issu le pétrole^[1].

Photosynthèse des microalgues

Principe de la production de carburants par des microalgues

Les diatomées et les chlorophycées ont un processus photosynthétique similaire à celui des plantes supérieures. Elles sont capables de fixer, comme le font les plantes terrestres, le CO2 grâce à l’enzyme Rubisco (Ribulose 1,5 bisphosphate carboxylase). Les produits du cycle de Calvin servent de point de départ aux biosynthèses de sucres ou de lipides. L’enzyme acétylcoenzyme A carboxylase (ACCase) joue un rôle clé, notamment chez les diatomées, dans la voie de synthèse des triglycérides ou triacylglycérols (TAG), molécules recherchées pour l’obtention des carburants. Une carence en silice induit chez les diatomées une synthèse accrue en lipide, ceci en lien avec l’activité du gène de l’ACCase. Ce gène a été isolé et cloné en vue de chercher à augmenter son expression et donc la production d’huile. Un stress azoté chez les algues vertes s’accompagne des mêmes effets^[2],[3].

Rendements

Il existe différents types de rendements.

Le rendement en biomasse caractérise la production de matière vivante, ce rendement est une base de comparaison pour les sources de biocarburants (céréales, algues, arbres, etc.). Ce rendement est particulièrement utilisé dans l'analyse du remplacement du pétrole par une énergie renouvelable équivalente (liquide, avec peu de modification des systèmes déjà existants comme les moteurs).

Le rendement énergétique caractérise la production finale d'énergie, quelle que soit sa forme (carburant ou électricité). C'est un indicateur de comparaison global^[4].

Rendement en biomasse

Selon le programme de recherche Shamash, coordonné par l'INRIA, certaines microalgues « peuvent accumuler jusqu'à 50% de leur poids sec en acides gras ». Les microalgues expérimentées sont les diatomées et les chlorophycées ^[5],[6].

Il existe environ 100000 espèces de diatomées (microalgues) connues dans le monde - plus de 400 nouveaux taxons sont décrits chaque année. Certaines espèces sont particulièrement riches en huile.

Selon l'IFREMER, « on estime entre 200000 et un million le nombre d’espèces d’algues existant dans le monde. Cette diversité biologique, répondant à une exceptionnelle adaptabilité, laisse préjuger d’une richesse proportionnelle en molécules originales et en lipides (algo-carburants). Comparativement aux espèces oléagineuses terrestres, les microalgues présentent de nombreuses caractéristiques favorables à une production d’acides gras qui pourraient notamment être mises à profit pour produire des algo-carburants. Les principaux atouts sont un rendement environ 10 fois supérieur en biomasse et l’absence de conflit avec l’eau douce et les terres agricoles. La production pourrait représenter 20000 à 60000 litres d’huile par hectare par an contre 6000 litres pour l’huile de palme, un des meilleurs rendements terrestres. »^[7]

Selon Yusuf Chisti de l'Université Massey en Nouvelle-Zélande (Institute of Technology and Engineering), le rendement des diatomées et chlorophycées est nettement supérieur à celui des plantes terrestres telles que le colza car ce sont des organismes unicellulaires ; leur croissance en suspension dans un milieu aqueux leur permet un meilleur accès aux ressources : eau, CO₂ ou minéraux^[8]. Selon les scientifiques du NREL (National Renewable energy Laboratory), les algues microscopiques sont capables de "synthétiser 10 fois à 100 plus d’huile à l’hectare que les plantes terrestres oléagineuses utilisées pour la fabrication d'agrocarburants"^[9].

Les carburants nécessaires pour le transport routier des États-Unis pourraient être couverts par la production d'algocarburants sur une surface de 90 000 km², soit à peu près la superficie totale de la Hongrie. Un rendement à comparer avec celui de l'huile de palme, qui pour le même usage nécessiterait la surface totale d'un pays comme le Pakistan. Un chercheur ayant réalisé une étude pour le Département de l'Énergie des États-Unis estime quant à lui que le carburant consommé aujourd'hui aux États-Unis pourrait être produit sur une surface moindre, équivalente à celle de l’État de Maryland qui fait 27.091 km², soit un carré de 165 km de côté^[10].

Rendement énergétique

Le rapport « Agrocarburants et Environnement » publié fin 2008 en France par le Ministère de l’écologie, affirme pour sa part que le rendement de conversion de l'énergie solaire par les microalgues est de l'ordre de 3 W⋅m², soit deux à dix fois moins que l’énergie éolienne (entre 5 et 20 W⋅m²), ou l’hydroélectricité de montagne (entre 10 et 50 W⋅m²)^[11]. La conclusion tirée par ce rapport est que « Les agrocarburants se situent dans la zone des rendements les plus faibles, ils sont de fait limités par le rendement de la photosynthèse qui est très faible (<1%). La troisième génération, utilisant des algues, restera largement moins efficace que les solutions « électriques » quelles qu'elles soient, notamment l'utilisation de l'énergie solaire », ainsi « les agrocarburants n'ont donc pas d'autre justification que celle de fournir du carburant utilisable pour les transports en substitution des carburants d'origine fossile ».^[12]

Coût

Les estimations du coût de production industrielle divergent.

• L'équipe scientifique française Shamash évalue en janvier 2009 à 10 euros par litre le coût de production industrielle de l'algocarburant^[13].

• Une entreprise canadienne, Seed Science Ltd^[14] estime le coût de production industrielle dans les pays développés à un chiffre compris entre 3,5 et 6,9 euros par litre (soit entre 4,5$ et 9$).

• Le programme Biomass, du Département de l'Énergie des États-Unis évalue le coût de production industrielle à 8 $ par gallon, soit 1,40 euros par litre, compte tenu des données connues en décembre 2009^[15].

Perspectives de développement

Les recherches pour la mise en production de ces microalgues sont en cours. La mise en production elle-même peut, selon les estimations, intervenir entre 2012 et 2020. Responsable du programme de recherche français Shamash, Olivier Bernard (INRIA) précise ainsi : « Une production à grande échelle n'est pas imaginable avant au moins cinq ans, plus vraisemblablement dix ». Les sociétés privées proposent des scénarios plus optimistes, « ne serait-ce que pour plaire à leurs capital-risqueurs^[16] ».

Un rapport du National Intelligence Council (organe synthétisant les analyses géopolitiques des services de renseignement américains) suggère quant à lui que « les nouvelles technologies énergétiques (biocarburants, énergie solaire photovoltaïque et l'énergie éolienne) ne seront probablement pas commercialement viables et répandues en 2025 » dans son rapport titré « Global Trends 2025 - a Transformed World ». Ce rapport indique également que le coût de développement à grande échelle des nouvelles infrastructures associées aux biocarburants (transport de l'hydrogène par exemple) serait un problème, mais que le développement d'infrastructures locales seraient plus bas et envisageable (production d'énergie pour de petits commerces ou maisons individuelles)^[17].

La société française Fermentalg a lancé la production d'Oméga 3 à partir de microalgues dans des cuves à l'abri de la lumière, et développe la recherche pour exploiter ce procédé au profit de la production d'algocarburant^[18].

La Société Solazyme Inc, a été sélectionnée par l'US Department of Defense (DoD) pour développer et produire à l'échelle commerciale des biocarburants à base d'algues, qui répondent aux spécifications de la marine américaine pour ses plates-formes militaires tactiques. Solazyme produira un carburant renouvelable sous le nom commercial "Soladiesel ® F-76". Ce sont 20 000 gallons qui doivent être livrés en 2010 pour commencer les premiers tests de compatibilité avec l'actuel carburant diesel "F-76 Naval distillat"^[19].

En 2011, un sud-coréen^[20] a montré que la destruction par ultrasons des parois cellulaires alguales accroître la quantité de bioénergie (d'un facteur 6 au maximum, permettant de passer à 0 8 gr/L d'éthanol à 6 gr/L^[21]).

Critiques

A 10 euros le litre, l'huile de microalgue ne serait pas compétitive sur le marché selon l'équipe Shamash^[5].

Le recours aux algocarburants serait une alternative aux carburants d'origine fossile, mais encore non satisfaisant au niveau écologique, en comparaison avec la production électrique à partir de l'énergie solaire. ^[12]

La production de carburants à partir d'algues est critiquée par certains cercles écologistes. Ils ont surnommé l'algocarburant «oilgae » (oil + algae en anglais)^[10].

Pourtant, les algocarburants échappent aux critiques classiques des écologistes puisque^[22],[23] :

• on peut éviter la concurrence avec les cultures vivrières puisque la production peut être implantée dans des zones non cultivées. En effet, les deux techniques expérimentées sont la production hors sol dans des tubes et la culture en bassin ;

• les ressources en eau potable sont épargnées puisque c'est de l'eau de mer qui est utilisée dans tous les cas de figure.

Opérateurs de la filière

Le directeur d'Aurora Biofuels, une des entreprises du secteur, affirme qu'il faudra plusieurs années pour atteindre la mise en production^[10], tandis que la Société Green Fuel a déjà un site de production expérimental. L'hebdomadaire américain Time Magazine a désigné Isaac Berzin, le fondateur de la société « Green Fuel » qui développe l'algocarburant, comme l'une des 100 personnalités les plus influentes de l'année 2008^[24].

La firme américaine Petrosun, a annoncé la création, à Rio Hondo (Texas), d'une ferme de microalgues marines s'étendant sur 450 hectares d'étangs salés, puis d'une seconde, près du golfe du Mexique, de 1 100 hectares. La société israélienne Algatech, qui élabore depuis 1999, dans le désert du Néguev, des dérivés d'algues à usage médical et alimentaire, se tourne vers la production de carburant algal. GreenFuel, issue du Massachusetts Institute of Technology (MIT), poursuit ses recherches sur les systèmes de culture d'algues^[16].

Les sociétés Shell^[16], Boeing, Chevron^[16], General Electric, Tokyo Gas, ENI, investissent dans la recherche dans ce secteur en association avec les entreprises pionnières. Parmi les investisseurs, on compte également un fonds d'investissement détenu par Bill Gates^[25].

Des programmes de recherche ont été lancés aux États-Unis, en Australie, au Mexique, en France, au Japon, en Italie, en Chine et en Israël^[16].

Essais

Le 7 janvier 2009, un Boeing 737 de Continental Airlines effectuait un vol de deux heures avec un moteur alimenté à 50 % par un agrocarburant issu de jatropha et d’algues marines^[26]. Le 30 janvier 2009, la Japan Airlines testait sur un Boeing 747 un mélange d’algues, de jatropha et de caméline, une plante de la famille du chou^[26].

Du 8 au 18 septembre 2009, la Société Saphire Energy a fait réaliser entre San Francisco et New York une tournée d'une voiture de série adaptée pour rouler à l'algocarburant. La voiture est baptisée Algaeus. Cette tournée est sponsorisée par l'OGM Veggie Van Organization. Algaeus est la première voiture au biocarburant algal légalement homologuée et habilitée à traverser les États Unis. Le véhicule a pour base une Toyota Prius 2008 à laquelle on a ajouté une batterie supplémentaire et un système avancé de gestion de l'énergie, sans en modifier le moteur. Le véhicule hybride, à la fois électrique et bioalgal, peut faire "150 miles avec 1 gallon d'algo carburant", (soit 1.57 L/100 km, valeur 3 fois plus basse que la consommation normale de cette voiture; à vérifier)^[27].

Articles connexes

• Algoculture
• Énergie solaire
  • Énergie solaire photovoltaïque
  • Énergie solaire thermique
• Biocarburant, Polycarburant, Huile végétale carburant
• Diatomées, Chlorophycées
• Biomasse
• Cycle de Calvin
• Cogénération
• Kérogène
• Pile à combustible
• Bio Fuel Systems (BFS)

Notes et références

1. ↑ http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=3426
2. ↑ http://www.greenfuelonline.com/news/Biofutur.pdf Etude en français commandée par l'entreprise Greenfuel
3. ↑ http://www.scribd.com/doc/3501638/Bio-futur-algues-carburant-du-futur
4. ↑ Daniel Ballerini, Nathalie Alazard-Toux, Les biocarburants: Etat des lieux, perspectives et enjeux du développement, Paris, TECHNIP, coll. « IFP Publications », 2006, 348 p. (ISBN 978-2-7108-0869-5) [présentation en ligne], « 5.2.3 » 
5. ↑ ^{a et b} Site officiel du programme de recherche français Shamash
6. ↑ "Un carburant à base d'huile d'algue"
7. ↑ http://wwz.ifremer.fr/institut/content/download/30751/252906/file/Ifremer_synthese-etude-prospective-EnRM.pdf
8. ↑ (en) Chisti Yusuf, Biodiesel from microalgae, 2007
9. ↑ Algal Cultivation and Harvesting sur National Renewable Energy Laboratory. Consulté le 9 avril 2009. « « microalgae can produce 10 to 100 times more lipids per acre than soybeans and other oil-seed crops, offering the possibility to significantly reduce our use of fossil fuels » »
10. ↑ ^{a, b et c} (en) Eviana Hartman, « A Promising Oil Alternative: Algae Energy », The Washington Post, 6 janvier 2008
11. ↑ http://www.developpement-durable.gouv.fr/IMG/spipwwwmedad/pdf/Agrocarburants_et_Environnement_cle6fc888.pdf AGROCARBURANTS ET ENVIRONNEMENT page 85
12. ↑ ^{a et b} http://www.developpement-durable.gouv.fr/IMG/spipwwwmedad/pdf/Agrocarburants_et_Environnement_cle6fc888.pdf
13. ↑ Le Figaro
14. ↑ A Sober Look at Biofuels From Algae
15. ↑ Département de l'Énergie des États-Unis, « Programme Biommasse », décembre 2008, p. Plaquette de promotion des algocarburants,décembre 2008. Consulté le 8 mai 2009
16. ↑ ^{a, b, c, d et e} article de Pierre Le Hir, paru dans l'édition de Le Monde du 22 octobre 2008
17. ↑ (en)Le rapport du National Intelligence Council : "Global Trends 2025 - a Transformed World" publié le 19 novembre 2008 par le National Intelligence Council (page ix) cité et commenté dans unarticle deLe Monde de Hervé Kempf publié le 22 novembre 2008.
18. ↑ http://www.lesechos.fr/info/energie/020298621303-fermentalg-veut-transformer-les-micro-algues-en-carburant.htm
19. ↑ http://energiesdelamer.blogspot.com/2009/09/solazyme-signe-avec-lus-navy-pour-la.html
20. ↑ Jeon Byeong-hoon, chercheur en science de l’environnement à l’Université de Yonsei
21. ↑ Ambassade de France en Corée / ADIT – Bulletin de veille ADIT : BE Corée numéro 57 (23/09/2011)
22. ↑ A Look Back at the U.S. Department of Energy’s Aquatic Species Program: Biodiesel from Algae
23. ↑ http://www.rue89.com/planete89/2010/06/22/algocarburants-un-jour-les-algues-feront-rouler-nos-voitures-155663
24. ↑ http://www.time.com/time/specials/2007/article/0,28804,1733748_1733754_1735703,00.html.
25. ↑ (en)Sapphire raises over $100 mln for algae crude, Timothy Gardner, agence Reuters, 17 septembre 2008.
26. ↑ ^{a et b} Bientôt plus de pétrole, mais plein d'idées pour carburer, Damien Jayat, 18 février 2009 sur Rue89
27. ↑ http://energiesdelamer.blogspot.com/2009/09/algaeus-la-premiere-voiture-au-diesel.html