Les algocarburants, la promesse énergétique attendue ?
Un TPE de Yoann Launay, Lucas Jousseaume et Elyes Zribi.
( II ) Exploiter la micro-algue
(1) Culture artisanale
Dans le cadre de notre TPE, nous avons effectué une visite à l'IFREMER de Nantes (Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer). Cela nous a permis entre autre de comprendre ou découvrir des notions importantes. Cependant ce n'est pas tout, nous avons demandé s'il était possible d'obtenir des échantillons de micro-algues dans le but d'expérimenter. C'est ainsi qu'il nous a été fourni :
- 1,5 L d'une culture de phaelodactylum tricornutum (diatomées) tout juste nourries
- 14 mL de chlorelles à mettre en culture
- 14 mL d'un milieu nutritif appelé milieu de Conway (contenant notamment le silicium)
- 1,5 L d'eau de mer
C'est donc au plus vite que nous avons lancé les expériences. Il faut distinguer les deux espèces. Pour les Phaelodactylum Tricornutum, la culture était déjà bien avancée et nourrie, nous l'avons donc seulement transférée dans un aquarium fermé hermétiquement muni d'un bulleur, pour alimenter en CO2 la culture tout en la protégeant des microbes.
En ce qui concerne les chlorelles (algues vertes), nous avons effectué une mise en culture.
Dans un premier temps, nous avons mis les chlorelles dans un erlenmeyer stérile, en y ajoutant 100 mL d'eau de mer et 0,1 ml du milieu de Conway. Nous avons fermé le tout à l'aide d'un coton pour protéger la culture tout en la laissant « respirer ». Le bulleur n'étant pas encore nécessaire. A T=0 la culture était incolore car la concentration en algues était très faible. Les deux cultures, pour qu'il y ait photosynthèse comme vu précédemment, ont été placés devant une fenêtre, définissant ainsi un cycle lumineux particulier ; à T=0 (en jours), le soleil se levait à 8h21 et se couchait à 19h23, tandis qu'à la fin de l'expérience (T=52) il se levait à 8h35 pour une heure de coucher à 17h17. L'apport de lumière était certes connu mais non contrôlé tout comme la température qui était de 19°C en moyenne.
Voici notre culture de Phaelodactylum juste après l'avoir transférée dans un aquarium.
Nous avons suivi de très près les nombres respectifs de microalgues dans chacune des cultures grâce à des comptages réguliers.
Une lame de kova
Protocole d'un comptage microscopique
Pour commencer on insère une petite goutte à étudier dans une des 10 cupules d'une lame de kova, puis on met la lame sous le microscope. Pour nos cultures un grossissement de 100 était nécessaire ; il suffit ensuite de compter les organismes dans un carré à l’œil nu ou à l'aide d'un logiciel, ce qui a été notre cas avec Mesurim. Dans certains cas la concentration était trop forte pour pouvoir compter ; on effectuait donc une dilution.
9 grand carrés contiennent 1 µL de liquide
1 grand carré (formé de 9 petits carrés) contient 0,1 µL
1 petit carré contient 0.01 µL
Voici quelques captures d'écran montrant l'évolution des concentration. (Il s'agit de petits carrés).
Notre culture de Phaelodactylum à T=3
Notre culture de Phaelodactylum à T=38
Notre culture de chlorelles à T=3
Notre culture de chlorelles à T=38
Notre culture de chlorelles (1.115 L ) à T=25
Transfert
Notre culture de chlorelles (114 mL ) à T=25
Notre culture de chlorelles (1.115 L ) à T=52
A T=25, les chlorelles étaient en nombre suffisant pour les élever à plus grande échelle ; nous les avons ainsi transférées dans un aquarium en y ajoutant 1 L d'eau de mer. Nous avons même pu observer une grande différence de coloration. En effet, les micro-algues se reproduisent vite car elles ont un cycle cellulaire très court (24h en moy).
Avec un total de six séances de comptages, nous avons pu établir une série de données et construire un graphique. Les cases grisées représentent l'insertion du milieu nutritif
On peut donc voir même à petite échelle, la croissance rapide de ces micro-organismes. (Il faut d'ailleurs noter que les phaelodactylum ont cessé de croître car la culture était saturée.) Chez les micro-algues le rendement photosynthétique est très important. Il s'agit du rapport entre les rayons lumineux et l’énergie que stocke la plante. Le rendement photosynthétique des embryophytes (plantes terrestres) est de 2% environ c'est-à-dire que 2% de l’énergie solaire est stockée sous forme de matière organique. Or les micro-algues ont un rendement photosynthétique qui approche les 10%, ce qui est très proche de la valeur maximale théorique.
La conséquence de cet important rendement est un taux de croissance très élevé : certaines micro-algues peuvent doubler en 4 heures. Cette qualité permet ainsi aux chercheurs de les cultiver dans un cadre de production industrielle à l’échelle mondiale.