MICROALGUES: CARACTÉRISTIQUES, CLASSIFICATION ET APPLICATIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Les microalgues sont des organismes eucaryotes, photoautotrophes, c'est-à-dire qui tirent leur énergie de la lumière et synthétisent leur propre nourriture. Ils contiennent de la chlorophylle et d'autres pigments accessoires qui leur confèrent une grande efficacité photosynthétique.

Ils sont unicellulaires, coloniaux - lorsqu'ils sont constitués en agrégats - et filamenteux (solitaires ou coloniaux). Ils font partie du phytoplancton, avec les cyanobactéries (procaryotes). Le phytoplancton est l'ensemble des microorganismes photosynthétiques aquatiques qui flottent passivement ou qui ont une mobilité réduite.

Figure 1. Volvox (sphérique) Source: Frank Fox, via Wikimedia Commons

Les microalgues se trouvent de l'Équateur terrestre aux régions polaires et sont reconnues comme une source de biomolécules et de métabolites d'une grande importance économique. Ils sont une source directe de nourriture, de médicaments, de fourrage, d'engrais et de carburant, et sont même des indicateurs de contamination.

caractéristiques

Les producteurs qui utilisent la lumière du soleil comme source d'énergie

La plupart des microalgues sont de couleur verte car elles contiennent de la chlorophylle (pigment végétal tétrapyrrolique), un photorécepteur de l'énergie lumineuse qui permet la photosynthèse.

Cependant, certaines microalgues ont une coloration rouge ou brune, car elles contiennent des xanthophylles (pigments caroténoïdes jaunes), qui masquent la couleur verte.

Habitats

Ils habitent divers environnements aquatiques sucrés et salés, naturels et artificiels (comme les piscines et les aquariums). Certains sont capables de pousser dans le sol, dans des habitats acides et dans des roches poreuses (endolytiques), dans des endroits très secs et très froids.

Classification

Les microalgues représentent un groupe très hétérogène, car elles sont polyphylétiques, c'est-à-dire qu'elles regroupent des espèces descendantes d'ancêtres différents.

Pour classer ces micro-organismes, diverses caractéristiques ont été utilisées, parmi lesquelles: la nature de leurs chlorophylles et de leurs réserves d'énergie, la structure de la paroi cellulaire et le type de mobilité qu'elles présentent.

Nature de ses chlorophylles

La plupart des algues présentent de la chlorophylle de type A et quelques-unes présentent un autre type de chlorophylle qui en dérive.

Beaucoup sont des phototrophes obligatoires et ne poussent pas dans l'obscurité. Cependant, certains poussent dans l'obscurité et catabolisent les sucres simples et les acides organiques en l'absence de lumière.

Par exemple, certains flagellés et chlorophytes peuvent utiliser l'acétate comme source de carbone et d'énergie. D'autres assimilent des composés simples en présence de lumière (photohétérotrophie), sans les utiliser comme source d'énergie.

Les polymères de carbone comme réserve d'énergie

En tant que produit du processus photosynthétique, les microalgues produisent une grande variété de polymères de carbone qui servent de réserve d'énergie.

Par exemple, les microalgues de la division Chlorophyta génèrent de l'amidon de réserve (α-1,4-D-glucose), très similaire aux amidons des plantes supérieures.

Structure de la paroi cellulaire

Les parois des microalgues ont une grande variété de structures et de composition chimique. La paroi peut être constituée de fibres de cellulose, généralement avec l'addition de xylane, de pectine, de mannane, d'acides alginiques ou d'acide fucinique.

Chez certaines algues calcaires ou corallines, la paroi cellulaire présente des dépôts de carbonate de calcium, tandis que d'autres contiennent de la chitine.

Les diatomées, par contre, ont du silicium dans leur paroi cellulaire, auquel sont ajoutés des polysaccharides et des protéines, formant des coquilles de symétrie bilatérale ou radiale (frustules). Ces coquilles restent intactes pendant longtemps, formant des fossiles.

Les microalgues euglénoïdes, contrairement aux précédentes, n'ont pas de paroi cellulaire.

Type de mobilité

Les microalgues peuvent avoir des flagelles (comme Euglena et les dinoflagellés), mais jamais de cils. En revanche, certaines microalgues montrent une immobilité dans leur phase végétative, cependant, leurs gamètes peuvent être mobiles.

Applications biotechnologiques

Alimentation humaine et animale

Dans les années 1950, des scientifiques allemands ont commencé la culture de masse de microalgues pour obtenir des lipides et des protéines qui remplaceraient les protéines animales et végétales conventionnelles, dans le but de couvrir la consommation du bétail et des humains.

Récemment, la culture massive de microalgues a été projetée comme l'une des possibilités de lutter contre la faim et la malnutrition dans le monde.

Les microalgues ont des concentrations de nutriments inhabituelles, qui sont plus élevées que celles observées dans toute espèce végétale supérieure. Un gramme quotidien de microalgues est une alternative pour compléter une alimentation déficiente.

Avantages de son utilisation comme aliment

Parmi les avantages de l'utilisation des microalgues comme nourriture, nous avons les suivants:

• Grande vitesse de croissance des microalgues (ils présentent un rendement 20 fois supérieur à celui du soja par unité de surface).
• Il génère des bénéfices mesurés dans le «profil hématologique» et dans le «statut intellectuel» du consommateur, lors de la consommation de petites doses quotidiennes comme complément nutritionnel.
• Teneur élevée en protéines par rapport à d'autres aliments naturels.
• Forte concentration en vitamines et minéraux: l'ingestion de 1 à 3 grammes par jour de sous-produits de microalgues, apporte des quantités appréciables de bêta-carotène (provitamine A), de vitamines E et B complexes, de fer et d'oligo-éléments.
• Source nutritionnelle très énergisante (par rapport au ginseng et au pollen récolté par les abeilles).
• Ils sont recommandés pour les entraînements de haute intensité.
• En raison de sa concentration, de son faible poids et de sa facilité de transport, l'extrait sec de microalgues convient comme aliment non périssable à stocker en prévision de situations d'urgence.

Figure 2. Arthrospira est une cyanobactérie largement utilisée et cultivée en masse. Source: Joan Simon, recadrée par Perdita (utilisateur de Wikipedia anglais), via Wikimedia Commons

L'aquaculture

Les microalgues sont utilisées comme nourriture en aquaculture en raison de leur teneur élevée en protéines (de 40 à 65% en poids sec) et de leur capacité à augmenter la couleur des salmonidés et des crustacés grâce à leurs pigments.

Par exemple, il est utilisé comme nourriture pour les bivalves à tous les stades de leur croissance; pour les stades larvaires de certaines espèces de crustacés et pour les premiers stades de certaines espèces de poissons.

Pigments dans l'industrie alimentaire

Certains pigments de microalgues sont utilisés comme additifs dans les fourrages pour augmenter la pigmentation de la viande de poulet et des jaunes d'œufs, ainsi que pour augmenter la fertilité des bovins.

Ces pigments sont également utilisés comme colorants dans des produits tels que la margarine, la mayonnaise, le jus d'orange, la crème glacée, le fromage et les produits de boulangerie.

Figure 3. Photobioréacteurs tubulaires, utilisés pour obtenir des composés de grande valeur à partir de microalgues. Source: IGV Biotech, de Wikimedia Commons

Médecine humaine et vétérinaire

Dans le domaine de la médecine humaine et vétérinaire, le potentiel des microalgues est reconnu, car:

• Ils réduisent le risque de divers types de cancer, de maladies cardiaques et ophtalmiques (grâce à leur teneur en lutéine).
• Ils aident à prévenir et à traiter les maladies coronariennes, l'agrégation plaquettaire, les taux de cholestérol anormaux et sont également très prometteurs pour le traitement de certaines maladies mentales (en raison de leur teneur en oméga-3).
• Ils ont une action antimutagène, stimulant le système immunitaire, réduisant l'hypertension et détoxifiant.
• Ils ont une action anticoagulante et bactéricide.
• Ils augmentent la biodisponibilité du fer.
• Des médicaments à base de microalgues thérapeutiques et préventives ont été produits pour la colite ulcéreuse, la gastrite et l'anémie, entre autres.

Figure 4. Photobioréacteur plat: utilisé pour obtenir des sous-produits de microalgues à haute valeur ajoutée et en expérimentation. Source: IGV Biotech, de Wikimedia Commons

Les engrais

Les microalgues sont utilisées comme biofertilisants et conditionneurs de sol. Ces microorganismes photoautotrophes recouvrent rapidement les sols perturbés ou brûlés, réduisant le risque d'érosion.

Certaines espèces favorisent la fixation de l'azote et ont permis, par exemple, de faire pousser du riz sur des terres inondées pendant des siècles, sans ajout d'engrais. D'autres espèces sont utilisées pour remplacer la chaux dans le compost.

Produits de beauté

Des dérivés de microalgues ont été utilisés dans la formulation de dentifrices enrichis, qui éliminent les bactéries responsables des caries dentaires.

Des crèmes contenant de tels dérivés ont également été développées pour leurs propriétés antioxydantes et protectrices contre les ultraviolets.

Figure 5. Maintenance des microalgues dans les banques ou les souches. Source: CSIRO

Traitement des eaux usées

Les microalgues sont appliquées dans les processus de transformation de la matière organique à partir des eaux usées, générant de la biomasse et de l'eau traitée pour l'irrigation. Dans ce processus, les microalgues fournissent l'oxygène nécessaire aux bactéries aérobies, dégradant les polluants organiques.

Indicateurs de pollution

Compte tenu de l'importance écologique des microalgues en tant que producteurs primaires de milieux aquatiques, ce sont des organismes indicateurs de la pollution de l'environnement.

De plus, ils ont une grande tolérance aux métaux lourds tels que le cuivre, le cadmium et le plomb, ainsi qu'aux hydrocarbures chlorés, c'est pourquoi ils peuvent être des indicateurs de la présence de ces métaux.

Biogaz

Certaines espèces (par exemple la Chlorelle et la Spiruline), ont été utilisées pour purifier le biogaz, car elles consomment du dioxyde de carbone comme source de carbone inorganique, en plus de contrôler simultanément le pH du milieu.

Les biocarburants

Les microalgues biosynthétisent une large gamme de sous-produits bioénergétiques commercialement intéressants, tels que les graisses, les huiles, les sucres et les composés bioactifs fonctionnels.

Figure 6. Cultivateurs de microalgues de type carrousel, utilisés dans la culture de masse de microalgues pour l'industrie cosmétique et alimentaire. Source: JanB46, de Wikimedia Commons

De nombreuses espèces sont riches en lipides et en hydrocarbures adaptés à une utilisation directe en tant que biocarburants liquides à haute énergie, à des niveaux supérieurs à ceux présents dans les plantes terrestres, et ont également un potentiel en tant que substituts aux produits de raffinage des combustibles fossiles. Cela n'est pas surprenant, étant donné que la majeure partie de l'huile proviendrait de microalgues.

Une espèce, Botryococcus braunii, en particulier, a fait l'objet d'études approfondies. Le rendement en huile des microalgues devrait être jusqu'à 100 fois supérieur à celui des cultures terrestres, de 7500 à 24000 litres d'huile par acre et par an, par rapport au colza et au palmier, à 738 et 3690 litres, respectivement..

Références

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