L’algoculture ou phycoculture désigne la culture en masse des algues dans un but industriel et commercial. Ce domaine concerne aussi bien les micro-algues (également appelées phytoplancton, microphytes ou algues planctoniques) que les macro-algues (qu'on désigne aussi par le terme goémon en français).
Le but de cette activité aquacole est de produire des aliments (pour la consommation humaine ou animale), des compléments alimentaires, des produits vétérinaires et pharmaceutiques, des cosmétiques, des matières bio-plastiques, des fertilisants ou encore des sources d’énergies renouvelables (algocarburant, biogaz) ou en phytoremédiation. Des usages plus récents portent sur les nanobiotechnologies, le génie génétique ou encore la séquestration du en produisant de la biomasse.
Historique et perspectives Les algues sont consommées par l'être humain depuis la Préhistoire. Les Aztèques pratiquaient l'algoculture de la spiruline comestible Arthrospira au . La première culture expérimentale d'algue unicellulaire fut réalisée par Beijerinck en 1890 avec une souche de Chlorella vulgaris Beijerinck, M.W. (1890). Kulturversuche mit Zoochloren, Lichenengonidien und anderen niederen. Algen. Bot. Ztg. 48, 725-785.. En 1919, Warburg utilise pour la première fois une culture d'algues comme modèle d'étude en physiologie végétaleWarburg, O. (1919). Über die Geschwindigkeit der Kohlensäurezusammensetzung in lebenden Zellen. Biochemische Zeitschrift 100, 230-270. Les premiers travaux portant sur la culture d’algues en masse en bassins ouverts furent menés par des scientifiques allemands durant la Seconde Guerre mondiale. Au début des années 1950, des chercheurs du Carnegie Institute à Washington s’intéressent à la culture d’algues pour réduire les teneurs en CO. En 1960, aux États-Unis, Oswald et Golueke proposent de traiter les eaux usées en y cultivant des micro-algues et de récupérer la biomasse obtenue pour la convertir en méthane (biogaz) Oswald W.J. and Golueke C.G. (1960). Biological transformation of solar energy. Advances in Applied Microbiology 11, 223-242..
vignette|centré|redresse=3.2|Description d'une récolte d'algues et de gâteau d'algues faits par les Aztèques (Codex de Florence, fin )
Durant les années 1970, les principaux pays producteurs de biomasse algale sont Israël, le Japon et l’Europe de l’Est. Il s’agit alors de cultures en bassins ouverts pour l’alimentation. En Afrique et au Mexique se développe par cette technique la culture de la spiruline, au niveau du lac Tchad et du lac Texcoco.
vignette|redresse=1.1|Une femme récoltant le goémon à Zanzibar (archipel), sur l'île d'Unguja. Le réchauffement climatique met en péril cette activité : vers 1990 il y avait 450 fermes en activité dans ce secteur ; en 2016 il n'y en a plus que 150. Mars 2016.
En 1978, la crise du pic pétrolier incite le Department of Energy’s Office of Fuel Development des États-Unis à entamer des travaux sur la production de biomasse algale et sa transformation en biocarburants. Ces travaux NREL : A look back at the US Department of Energy’s Aquatic Species Program : Biodiesel form Algae. 1998. 328 p. eere.energy.gov (consulté le 11/01/06) , qui s’échelonneront de 1978 à 1996, seront brutalement interrompus avant de connaître un nouvel essor avec la recherche d’énergies renouvelables.
Alors que la production de biomasse algale présentait un attrait fort en aquacultureMuller-Feuga, A. (2000). The role of microalgae in aquaculture: situation and trends. J. Appl. Phycol. 12, 527–534., leur intérêt comme producteurs de composés fins en pharmacologie, cosmétologie et en agro-alimentaire a commencé à retenir de plus en plus l’attention des industriels et scientifiques. Les photobioréacteurs ont connu un très vif intérêt et développement technique dès les années 1990, en raison des contrôles plus poussés qu’ils permettent sur la production algale par rapport aux bassins ouverts.
Le domaine médical connaît également un attrait pour les algues. La présence de nombreuses biomolécules actives représente une manne intéressante dans la recherche de nouveaux composés d’intérêt pharmacologique. Citons par exemple les carraghénanes d’algues rouges pouvant prévenir d’infections viralesBuck C.B., Thompson C.D., Roberts J.N., Müller M., Lowy D.R., Schiller J.T. (2006). Carrageenan is a potent inhibitor of Papillomavirus infection. Plos Pathogens, 2, 7. ou encore le brévénal, composé produit par la micro-algue toxique Karenia brevis et qui pourrait être un composé efficace dans la lutte contre la mucoviscidoseSpectroSciences. Une algue toxique pour lutter contre la mucoviscidose. 15 mai 2007. spectrosciences.com .
Le domaine des biotechnologies peut tirer avantage de la production en masse d’algues génétiquement modifiées. Il est ainsi possible d’utiliser la machinerie cellulaire de ces micro-organismes pour produire des protéines d’intérêt, grâce au génie génétique. Des travaux ont permis ainsi de synthétiser et d’assembler correctement l’anticorps monoclonal humain IgG1 dans des chloroplastes génétiquement modifiés de Chlamydomonas reinhardtii Miller T., Zhou B., Pettersson P. L., Gonzalez M. J., Mayfield S. P. (2009). Synthesis and assembly of a full-length human monoclonal antibody in algal chloroplasts. Biotechnology and Bioengineering 104(4), 663-673.. De manière plus générale, la production en masse de vaccins recombinants par des micro-algues est possible et permet d’éviter certains risques de contamination parasites biologiques inhérents aux biotechnologies animalesSiripornadulsil S., Dabrowski K., Sayre R. (2007). Microalgal Vaccines. In : Transgenic Microalgae as Green Cell Factories, Springer New York Edt., p. 122-128. . DOI 10.1007/978-0-387-75532-8_11 .
Depuis 1988, les diatomées présentent également un nouvel attrait dans le domaine des nanobiotechnologies : la frustule silicieuse de ces algues microscopiques est capable d’adopter des propriétés électroniques ou de permettre de délivrer des médicaments dans l’organisme Richard G., Losic D., Tiffany M.A., Nagy S. S., Frithjof A.S. Sterrenburg. (2009). The Glass Menagerie: diatoms for novel applications in nanotechnology. Trends in Biotechnology 27(2), 116-127. . De plus, il est possible de jouer sur les propriétés opto-électroniques de la frustule en y incorporant par exemple du germaniumClayton J., Jun Jiao T. G., Rorrer. G. L. (2008). Two-stage photobioreactor process for the metabolic insertion of nanostructured germanium into the silica microstructure of the diatom Pinnularia sp. Materials Science and Engineering: C 28(1), 107-118..
Enfin, les micro-algues peuvent servir de filtres naturels afin de collecter des métaux lourds et particules toxiques Perales-Vela H. V., Peña-Castro J. M., Cañizares-Villanueva R. O. (2006). Heavy metal detoxification in eukaryotic microalgae. Chemosphere 64(1),1-10., et peuvent être utilisées dans des programmes de phytoremédiation. Citons à titre d’exemple le programme de réhabilitation du lac de Salton Sea en Californie, fortement pollué par les rejets d’origine agricoleBenemann J.C., Van Olst J.C., Massingill M.J., Weissman J.C., Brune D.E. The controlled Eutrophication Process : Using Microalgae for CO2 Utilization and Agricultural Fertilizer Recycling. (2002). Working Paper. unh.edu .
L’algoculture représente en 2018 plus du quart de la production de l’aquaculture en tonnage. Cette production a une valeur marchande de 7,4 milliards d’euros. 99 % de la production est asiatique.
Selon les estimations, la production halieutique et aquacole mondiale a atteint un record historique de 223,2 millions de tonnes en 2022, dont 37,8 millions de tonnes (soit 17 %) d'algues.
En Europe, la valorisation des algues dépend des gisements naturels, qui sont gérés durablement. La récolte est dominée par des phaeophyceae (algues brunes) avec surtout Ascophyllum nodosum (goémon noir). La transformation de la récolte produit l'alginate, pour l'industrie agroalimentaire, pharmaceutique, textile ou pour l'alimentation des animaux d'élevage. En agriculture l'alginate permet d'utiliser moins d'engrais ou de pesticides. Grâce à ce produit, l'empreinte carbone de toutes ces activités est réduite. En France, ce secteur représente 500 millions d'euros de chiffre d'affaires. -.
En Bretagne cette activité est réglementée par le Comité régional des pêches maritimes et des élevages marins de Bretagne. Elle ne peut s'opérer que sur autorisation. En 2022 environ 80 entreprises ont une autorisation pour la pêche à pied et une trentaine pour la pêche en mer. Chacune n'a le droit de ne récolter que certaines algues sur certaines zones pendant une période déterminée. Ce système de licence a été mis en place en 2018. Le principal port de pêche au goémon est Lanildut. Ces règles sont élaborées avec des structures scientifiques bretonnes et les récoltants. À la demande des professionnels, un système de jachère a été mis en place pour les Laminaria hyperborea, dont la croissance est lente, ce qui permet une gestion des stocks. -.
En Bretagne toujours, il y a plus de demandes que de licences accordées. La demande du marché est forte. Le métier attire, mais il est difficile. La ressource est aléatoire, et impose la polyvalence. -.
Au niveau mondial, l'algoculture, avec les pêcheries d'algues, voit son produit augmenter de l'ordre de 10% chaque année depuis 20 ans, mais il reste mille fois inférieur aux résultats avec les végétaux terrestres. Et sa valeur monétaire reste très faible comparée aux productions animales de l'aquaculture. Pour gagner en volume et en profit, il faut augmenter considérablement la quantité d'algues produites, de préférence en l'intégrant avec d'autres économies marines. Cette nouvelle productivité devra assurer la préservation des algues sauvages car c'est d'elles que vient tout le bénéfice du service écosystémique que les algues fournissent au vivant. La destruction de ces habitats naturels pénalisent énormément de circuits économiques ainsi que beaucoup de valeurs sociales. Peut-être la Décennie des Nations unies pour la restauration des écosystèmes permettra-t-elle de donner un cadre et des moyens pour ce qui concerne les algues-.
Méthodes de cultures en masse Toutes les espèces d’algues ne sont pas encore cultivables. Certaines macro-algues sont donc prélevées en mer ou sur l’estran à partir de gisements naturels. D’autres sont cultivées dans des « champs marins », comme les algues brunes Laminaria japonica (4,9 millions de tonnes par an) et Undaria pinnatifida (2,7 millions de tonnes par an). vignette|Bassins de production de spiruline
Bassins ouverts
Les micro-algues peuvent être cultivées en masse dans des bassins ouverts (lacs, lagunes, bassins naturels ou structures artificielles comme les bassins de type « raceway») ou dans des photobioréacteurs fermésUgwu C.U., Aoyagi H., Uchiyama H. (2008). Photobioreactors for mass cultivation of algae. Bioresource Technology 99, 4021-4028..
Certaines macro-algues sont également cultivées en bassin de type « raceway» avec une agitation mécanique (Chondrus crispus) ou par bullage intense basse pression (Gracilaria, Palmaria).
Les avantages majeurs des bassins ouverts restent leur facilité de construction et le fait qu’ils soient rapidement opérationnels et productifs. Mais les cultures y sont difficilement contrôlables, dépendent de la concentration atmosphérique en CO2 et de la luminosité naturelle, manquent de brassage du volume de culture, n’ont pas une productivité sur de longues périodes et peuvent facilement être contaminées par des parasites ou prédateurs extérieurs. vignette|Photobioréacteur
Photobioréacteurs
À l’inverse, les photobioréacteurs sont plus chers à construire et plus complexes à mettre en place, mais assurent un meilleur contrôle de la culture et une production plus durable dans le temps. Il en existe trois grands types :