Valorisation industrielle des microalgues photosynthétiques

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 3^e 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.