Algocarburant

Principe de la production de carburants par des micro-algues.

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[4] - [5]. Ceux-ci ont quand même le défaut de diminuer la reproduction des algues. Il faut donc bien chronométrer le moment où les algues seront mises en situation de stress azote, c'est-à-dire au moment où elles atteignent l'effectif final visé.

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[6].

Il existe environ 100 000 espèces de diatomées (micro-algues) connues dans le monde — plus de 400 nouveaux taxons sont décrits chaque année.
Certaines espèces sont particulièrement riches en huile.

Selon le programme de recherche Shamash, coordonné par l'INRIA, certaines micro-algues « peuvent accumuler jusqu'à 50 % de leur poids sec en acides gras ». Les micro-algues expérimentées sont les diatomées et les chlorophycées[7] - [8].

Selon l'IFREMER,

« on estime entre 200 000 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 (algocarburants). Comparativement aux espèces oléagineuses terrestres, les micro-algues présentent de nombreuses caractéristiques favorables à une production d’acides gras qui pourraient notamment être mises à profit pour produire des algocarburants. 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 20 000 à 60 000 litres d’huile par hectare par an contre 6 000 litres pour l’huile de palme, un des meilleurs rendements terrestres[9]. »

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[10]. 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[11]. »

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[12]. À titre de comparaison, le Sahara représente 9 400 000 km².

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 micro-algues 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)[13]. 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[13]. »

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[14].
• Une entreprise canadienne, Seed Science Ltd[15] 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 plus de 8 $ par gallon, soit 1,80 euro par litre, compte tenu des données connues en novembre 2008[16].
• La société Algenol[17] annonce une distribution à bas coût de 1,30 $ par gallon en 2015[18], soit 0,30 € par litre.

Pour comparaison, le coût technique de production du pétrole (exploration, développement et exploitation) varie entre 10 et 40$ par baril, soit 6 à 24 centimes d'euros par litre[19].

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[34].

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[34].

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'ONG 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'algocarburant », (soit 1.57 l/100 km, valeur 3 fois plus basse que la consommation normale de cette voiture, selon la société Saphire Energy)[35].

En 2015, Euglena (entreprise), une société japonaise, effectue des premiers essais de biogazole (incorporant de l’euglena, une micro-algue) pour bus. Le carburant est fonctionnel, les bus roulent quotidiennement durant l’année 2015, mais le biocarburant ne comporte alors que 1% d’euglena (le reste étant composé de carburant standard)[36]. En 2022, la société annonce avoir fait voler un avion du gouvernement japonais avec un carburant intégrant des huiles domestiques usagées et de l'huile extraite de l'algue euglena[37].