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1 - EXPLOITATION INDUSTRIELLE DES MICROALGUES

2 - ALGORAFFINAGE OU VALORISATION D’EXTRAITS DE MICROALGUES

3 - PRODUITS ISSUS DES MICROALGUES

4 - ASPECTS RÉGLEMENTAIRES DES MICROALGUES POUR L’ALIMENTATION HUMAINE ET ANIMALE

5 - CONCLUSION

6 - SIGLES ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : CHV4032 v1

Produits issus des microalgues
Valorisation industrielle des microalgues photosynthétiques

Auteur(s) : Antoinette KAZBAR, Imma GIFUNI, Christophe LOMBARD, Benoit DEGRENNE, Jérémy PRUVOST, Olivier LéPINE

Date de publication : 10 déc. 2021

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RÉSUMÉ

Les microalgues apparaissent comme une bioressource végétale originale, offrant un potentiel applicatif qui tend à s’affirmer dans de nombreux domaines. Outre une biochimie très diversifiée ouvrant sur de nombreux usages, la croissance photosynthétique en systèmes de culture dédiés permet d’y associer une stratégie de valorisation de déchets : les effluents de diverses sources industrielles peuvent être convertis en une biomasse valorisable. Cet article détaille les principaux procédés utilisés, de la production de biomasse à la valorisation en composés d’intérêts. Différents exemples industriels sont présentés, ainsi que la réglementation associée aux usages alimentaires.

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ABSTRACT

Industrial valorisation of photosynthetic microalgae

Microalgae appear to be an original feedstock, with several applications of interest in many areas. In addition to a diversified biochemistry opening up to many uses, photosynthetic growth in dedicated cultivation systems makes it possible to combine this production with a waste recovery strategy: effluents from various industrial sources can be converted into recoverable biomass. This article will present the main processes used, from the production of biomass to the extraction of compounds of interest. Different industrial examples will be presented, as well as the regulations associated with food uses.

Auteur(s)

  • Antoinette KAZBAR : Docteur - Chef de Projets et Ingénieur de Recherche, AlgoSource Technologies, - Saint-Nazaire, France

  • Imma GIFUNI : Docteur - Chef de Projets et Ingénieur de Recherche, AlgoSource Technologies, - Saint-Nazaire, France

  • Christophe LOMBARD : Docteur – Ingénieur - Responsable Culture et Intégration Industrielle, AlgoSource Technologies, - Saint-Nazaire, France

  • Benoit DEGRENNE : Docteur - Chef de Projets et Ingénieur de Recherche, AlgoSource Technologies, - Saint-Nazaire, France

  • Jérémy PRUVOST : Professeur à l’université de Nantes - Laboratoire GEPEA, UMR 6144, Nantes Université/IMT Atlantique/Oniris - CNRS, Saint-Nazaire, France

  • Olivier LéPINE : Directeur général - AlgoSource Technologies Saint-Nazaire, France Alpha Biotech Assérac, France

INTRODUCTION

Le terme « microalgues » regroupe de façon générale les microorganismes photosynthétiques de quelques microns à quelques dizaines de microns se développant en milieu aqueux. Outre les microalgues proprement dites, cette famille englobe les cyanobactéries (dont fait partie la spiruline) également valorisées industriellement. Connues pour constituer le phytoplancton dans les océans, les microalgues représentent une ressource biologique émergente d’intérêt industriel croissant. Les microalgues sont riches notamment en protéines, lipides ou en molécules particulières aux activités biologiques fortes ou aux propriétés fonctionnelles originales, leurs produits d’intérêts sont donc variés. Ceux-ci, combinés à des rendements de production en surface en général plus élevés que pour les ressources agricoles conventionnelles, offrent des alternatives pertinentes, aussi bien comme nouvelle source alimentaire que comme matière première végétale pour des substituts à des produits pétro-sourcés.

La production mondiale en 2020 est estimée à quelques dizaines de milliers de tonnes par an (en biomasse sèche). La valorisation principale actuelle des microalgues s’effectue dans le secteur alimentaire, directement sous forme sèche ou intégrée comme ingrédient dans des formulations alimentaires. Leur teneur est souvent élevée en composés originaux, comme les pigments. Pour cette raison, la valorisation s’est développée également dans les industries nutraceutiques, pharmaceutiques et cosmétiques sous forme d’extraits enrichis en molécule d’intérêt. Plus de 30 % de la production mondiale de microalgues est également destinée à l’alimentation animale (et notamment aquacole). Ce secteur en pleine diversification voit ainsi la commercialisation croissante de produits dérivés des microalgues. Cela concerne notamment la demande mondiale en acides gras polyinsaturés et caroténoïdes (astaxanthine, β-carotène, lutéine), actuellement très convoités par les industriels. D’autres marchés sont émergents, comme les bioplastiques, les matériaux composites, la chimie fine, les fertilisants et les biocarburants de 3e génération. L’intérêt pour les microalgues concerne également le secteur de la phyto-remédiation pour l’épuration des nutriments et des métaux contenus dans les eaux usées, ainsi que les bioprocédés de valorisation de chaleur fatale et du gaz carbonique issu de fumées industrielles.

Depuis les années 1980, la production commerciale s’est concentrée sur quelques espèces de microalgues, parmi lesquelles Arthrospira platensis et Arthrospira maxima appelée communément spiruline (protéine alimentaire, antioxydant), Haematococcus pluvialis (pigment et antioxydant astaxanthine), Chlorella sp. (protéine alimentaire) et Dunaliella salina (antioxydant de type β-carotène). Le développement de l’industrie des microalgues est étroitement lié à l’amélioration des techniques de production et d’extraction de leurs molécules, mais aussi aux besoins de l’humain et aux règlementations qui jouent également un rôle fondamental, en particulier dans le domaine alimentaire. Les technologies de culture de microalgues à grande échelle, en bassin ou en photobioréacteur (PBR), ont été développées à partir des années 1950 et ont depuis grandement évolué. Avec les nouvelles technologies, il est maintenant possible de réaliser des cultures à grande échelle dans différentes régions du monde, et d’étendre le nombre d’espèces cultivables.

Dans cet article, sont présentées les principales microalgues utilisées dans l’industrie ainsi que leurs usages. En tant que biomasse aux caractéristiques très différentes des ressources agricoles traditionnelles (organismes microscopiques, développement en milieu aqueux), les principaux procédés de production et d’extraction sont ensuite donnés, avec les coûts associés. Le marché actuel des microalgues est finalement abordé. En tant qu’aspect clé des valorisations alimentaires, une vue d’ensemble sur les réglementations européennes vient conclure l’article.

Le lecteur trouvera en fin d’article un tableau des sigles et des symboles utilisés.

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KEYWORDS

microalgae   |   environment   |   products   |   market   |   industries

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-chv4032

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3. Produits issus des microalgues

3.1 Domaines d’application

Tout comme la biomasse végétale traditionnelle qui ouvre aujourd’hui sur un panel d’applications dépassant bien largement les usages alimentaires, notamment par l’application croissante des principes de la chimie verte, les microalgues offrent un potentiel dans un grand nombre de domaines. Le tableau 2 et la figure 6 donnent une liste non exhaustive d’usages actuellement recensés, en citant les espèces principales concernées et les acteurs industriels du domaine. Les principales applications sont détaillées ci-après.

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3.1.1 Alimentation humaine

Les microalgues sont utilisées comme source de protéines probablement depuis des millénaires, notamment par les Aztèques et les peuplades vivant aux abords du lac Tchad (les Kanembous) qui consomment de la spiruline. Leur grande richesse en protéines, notamment en ce qui concerne la chlorelle, a attiré l’attention des scientifiques dans le cadre d’une production alimentaire de masse dès les années 1940. La production de spiruline reste à ce jour la plus importante en termes de volume au niveau des microalgues avec une production estimée à plusieurs dizaines de milliers de tonnes en 2019 .

Outre la production de spiruline et de chlorelle, d’autres souches de microalgues ont été autorisées en Europe comme aliment, notamment Odontella aurita depuis 2003, même si la production reste limitée à quelques centaines de kilos en France. Quelques exemples de microalgues acceptées comme aliment sont donnés dans la figure 6.

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3.1.2 Alimentation...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - KAZBAR (A.) -   Étude de l’impact de la concentration en oxygène dissous et la présence d’une fraction sombre sur la performance des photobioréacteurs,  -  Thèse de doctorat. Nantes, Feb. (2018).

  • (2) - CHINI ZITTELLI (G.), RODOLFI (L.), BASSI (N.), BIONDI (N.), TREDICI (M.R.) -   Photobioreactors for microalgal biofuel production,  -  in Algae for Biofuels and Energy, Springer Netherlands, pp. 115–131 (2013).

  • (3) - GROBBELAAR (J.U.), KURANO (N.) -   Use of photoacclimation in the design of a novel photobioreactor to achieve high yields in algal mass cultivation,  -  in Journal of Applied Phycology, vol. 15, no. 2–3, pp. 121–126, doi: 10.1023/A:1023802820093 (2003).

  • (4) - KAZBAR (A.), COGNE (G.), URBAIN (B.), MAREC (H.), LE-GOUIC (B.), TALLEC (J.), TAKACHE (H.), ISMAIL (A.), PRUVOST (J.) -   Effect of dissolved oxygen concentration on microalgal culture in photobioreactors.  -  Algal Research, Volume 39, 101432 (2019). https://doi.org/10.1016/j.algal.2019.101432

  • (5) - PRUVOST (J.), LE BORGNE (F.), ARTU (A.), CORNET (J.-F.), LEGRAND...

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