utilisation des microalgues comme source d'énergie durable

Embed Size (px)

Text of utilisation des microalgues comme source d'énergie durable

  • UTILISATION DES MICROALGUES COMME SOURCE D'NERGIE DURABLE

    par

    Franois Dor-Deschnes

    Essai prsent au Centre Universitaire de Formation en Environnement

    en vue de lobtention du grade de matre en environnement (M.Env.)

    CENTRE UNIVERSITAIRE DE FORMATION EN ENVIRONNEMENT

    UNIVERSIT DE SHERBROOKE

    Longueuil, Qubec, Canada, juin 2009

  • IDENTIFICATION SIGNALTIQUE

    UTILISATION DES MICROALGUES COMME SOURCE D'NERGIE DURABLE

    Franois Dor-Deschnes

    Essai rdig en vue de lobtention du grade de matre en environnement (M.Env.)

    Sous la direction de monsieur Guy Viel, directeur gnral du CRBM

    Universit de Sherbrooke

    juin 2009

    Mots cls : algocarburants, alternatives nergtiques, applicabilit, biomasse, bioracteurs,

    dveloppement durable, GES, microalgues, ptrole.

    Le ptrole reprsente la principale source dnergie fossile dans le monde. Lexploitation des

    sources fossiles est de plus en plus associe des problmes environnementaux,

    gopolitiques et conomiques. Le dveloppement des agrocarburants a provoqu une

    explosion du prix des aliments ainsi que plusieurs problmes environnementaux et humains.

    Des installations de productions de microalgues peuvent dpasser les taux de productivit

    des meilleures cultures agricoles conventionnelles par plus de dix fois. Le concept des

    algocarburants peut reprsenter une des meilleures options nergtiques pour lavenir.

    Exploitables en zones incultes, les technologies algales peuvent permettre de rduire les

    missions de GES et dpurer les eaux uses. De plus, des quantits massives de protines,

    et autres substances utiles, pourraient aussi tre gnres. Lapplicabilit du concept dpend

    de multiples facteurs et elle est analyse partir des principaux ples du dveloppement

    durable. Ce concept prometteur reste confront aux carburants fossiles ainsi qu plusieurs

    dfis scientifiques, conomiques et politiques. moyen terme, lessor du concept algal

    pourrait dpendre dune amlioration substantielle de la productivit des procds, dune

    juste valuation comparative des externalits et des consquences dcoulant de

    lexploitation des sources fossiles dnergie ainsi que dun soutien suffisant de la population.

  • i

    SOMMAIRE

    Les socits industrielles dpendent dapprovisionnements abondants et constants en

    ressources nergtiques pour fonctionner et progresser. Les sources fossiles dnergie

    comblent la plus grande part des besoins nergtiques mondiaux. Le ptrole est la source

    dnergie fossile la plus utilise. Il est essentiel au secteur stratgique des transports.

    Lexploitation des combustibles fossiles provoque des effets globaux substantiels. Ils sont la

    source dmissions de divers polluants comme les GES lis aux changements climatiques. Ils

    sont aussi la cause de plusieurs impacts conomiques et gopolitiques ngatifs. Linstabilit

    des cours ptroliers, les changements climatiques et la dpendance excessive du secteur

    nvralgique des transports au ptrole, ont stimul la production de biocarburants de sources

    agroalimentaires comme le mas et le soya. Cette demande en biocarburants dorigines

    agricoles a provoqu une augmentation significative du prix des produits alimentaires de

    base avec de graves consquences humaines. De plus, laccroissement de la production

    agricole produit, entre autres, des problmes de dforestation, drosion, de contamination et

    de surconsommation deau.

    Le concept de produire industriellement des biocarburants base de microalgues se

    dveloppe depuis plusieurs annes. Il pourrait bien reprsenter une solution durable

    importante aux problmes exposs prcdemment. Cet essai comme objectif de prsenter,

    dexpliquer et dvaluer lapplicabilit du concept algal pour peut-tre aussi contribuer au

    soutien des travaux en ce sens.

    Les microalgues sont des microorganismes trs anciens. Ils ont transform et oxygn

    latmosphre terrestre primitive et ils participent encore au maintien de son quilibre

    chimique. Il existerait au moins 100 000 espces de microalgues, dont une cinquantaine

    seulement sont bien connues parmi les 40 000 dj tudies. Il reste donc encore un trs

    grand potentiel explorer. Ces microorganismes primitifs capturent, concentrent et fixent

    efficacement lnergie diffuse de la lumire ou de sources organiques dans la biomasse

    algale. Cette biomasse peut alors gnrer divers biocarburants. De plus, les microalgues

    peuvent aussi produire des substances nutraceutiques rentables, de grandes quantits de

    protines et des fertilisants. Les procds de production de biomasse algale sont varis.

  • ii

    Certains procds peuvent permettre dabsorber le CO2 atmosphrique et les missions de

    GES de divers procds comme celles qui sont issues des centrales au charbon. Leur

    grande capacit dpuration deffluents industriels, municipaux ou agricoles, peut aussi tre

    avantageusement exploite.

    Les microalgues prsentent un potentiel de productivit de biomasse pouvant dpasser dix

    fois les meilleures cultures agricoles conventionnelles. La production industrielle de

    microalgues se prsente donc, de plus en plus, comme une solution durable intressante

    pour faire face aux problmatiques nergtiques, environnementales et alimentaires

    actuelles. Des facteurs de production, comme : le climat, la localisation, les souches de

    microalgues, la disponibilit des ressources de base et le march des produits valeur

    ajoute, peuvent grandement influencer la productivit. Ainsi, ces facteurs influencent le

    niveau dapplicabilit des projets bass sur le concept algal.

    Les modes et les procds de production ont volu au cours des annes. Dans le cadre

    de cet essai, une slection a t effectue parmi les activits de recherche passes et en

    cours afin de choisir les plus reprsentatives de lhistorique et du dveloppement des

    principales technologies. Ainsi, il est ressorti que le mode autotrophe, le plus rpandu et

    dvelopp. Avec lnergie solaire, il permet de convertir le CO2 en biomasse algale

    polyvalente. Les procds autotrophes les plus tudis sont constitus de divers types de

    bassins et de photobioracteurs (PBR). Par ailleurs, les procds htrotrophes utilisent

    des bioracteurs ferms aliments deffluents riches en hydrates de carbone.

    Indpendants des conditions climatiques. Les procds htrotrophes reprsentent donc un

    potentiel dexploitation intressant pour les zones nordiques. Lapplication de ce concept

    en rgions froides prsente des dfis particuliers. Ainsi, plusieurs aspects entourant la

    concrtisation du concept algal en zones nordiques sont tudis dans cet essai. En

    outre, on prsente aussi une technologie canadienne qui est actuellement dveloppe

    pour oprer efficacement tous les mois dans les conditions climatiques locales.

    Lanalyse de lapplicabilit des variantes du concept est effectue selon les ples du

    dveloppement durable. Ltude des facteurs technologiques et scientifiques dmontre

    limportance quont sur la productivit en bassins les effets de lensoleillement, du

    climat, et de la disponibilit des nutriments incluant celle du CO2 en particulier.

  • iii

    Lanalyse fait aussi ressortir limportance des choix technologiques, en comparant les

    rendements de plusieurs initiatives. De plus, la slection de lespce de microalgue se rvle

    tre un facteur de productivit fondamental, car les caractristiques de ces organismes sont

    trs varies. Les principales approches technologiques de production (mode autotrophe en

    bassins, en PBR, mode htrotrophe) sont tudies et compares. Le potentiel de

    productivit des bioracteurs htrotrophes, qui dpendent encore de sources

    agroalimentaires, apparat suprieur celui des technologies autotrophes. Toutefois, les

    bassins sont beaucoup plus simples et abordables que les autres approches mais ils doivent

    tre trs grands pour devenir rentables et leur productivit est sensible lensoleillement, la

    temprature et lapparition despces indsirables. Les PBR sont plus productifs mais plus

    dispendieux, fragiles et complexes. Ils seraient prfrables aux bassins en zones nordiques

    ou comme incubateurs de cultures. Lanalyse des aspects conomiques fait ressortir que le

    concept serait rentable avec un prix du baril de ptrole suprieur 80 $ et que sa

    gnralisation pourrait avoir des effets bnfiques long terme. Cette technologie rpond

    aux critres du dveloppement durable. Mais lusage possible dOGM et de pesticides

    suscite des inquitudes. Les effets sociaux seraient particulirement positifs dans les pays

    mergeants situs en zones tropicales particulirement propices lalgoculture.

    En conclusion, depuis des annes travers le monde, ce concept est lobjet dtudes qui

    confirment son grand potentiel. Les tempratures moyennes leves, la luminosit intense et

    la main duvre comptitive de plusieurs zones chaudes ou tropicales les rendent les plus

    favorables au concept. Les technologies hybrides comportant des lments issus des

    bassins et des PBR pourraient permettre datteindre des niveaux suffisants de productivit

    dans une grande diversit de contextes et de latitudes. Par ailleurs, la ncessit doptimiser

    la productivit des microorganismes est souligne, car elle apparat ncessaire l