Biocarburants d’algues : possibilités et obstacles dans la synthèse de 2023

Des carburants à moindre impact climatique

Pour réduire les émissions de carbone, une voie consiste à remplacer les moteurs thermiques et la production électrique fossile par des véhicules électriques et des énergies renouvelables . Ce remplacement reste difficile pour certains usages. Cette synthèse examine les carburants issus des algues et les attentes du début de 2023.

De petits avions électriques à batterie existaient déjà en 2023. En revanche, le poids et la densité énergétique des batteries limitent les gros appareils et les vols longs. Même avec des progrès techniques, renouveler une flotte prend beaucoup de temps.

Les carburants liquides se prêtent au stockage en grandes quantités et au transport par navire-citerne ou pipeline. Leur stabilité dépend du produit et des conditions. Ces propriétés sont utiles pour les réserves d’urgence, les sites isolés, la défense et le transport maritime.

La demande de carburants liquides peut donc persister. Le défi est de développer des solutions moins dépendantes des ressources fossiles et dont les émissions sur l’ensemble du cycle de vie sont plus faibles.

Générations de biocarburants

C’est l’une des raisons qui motivent le développement des biocarburants.

Les biocarburants de première génération reposent notamment sur la transformation de cultures alimentaires, comme le maïs, en éthanol. Cela peut créer une concurrence pour les aliments et les terres. Le bilan climatique dépend des cultures, des engrais, de l’énergie et des changements d’usage des sols. Utiliser des aliments comme carburant soulève aussi des questions d’accès et de prix.

Les biocarburants de deuxième génération utilisent notamment des résidus agricoles et d’autres matières lignocellulosiques. Ils peuvent réduire la concurrence directe avec l’alimentation, mais la collecte, les surfaces et la transformation restent importantes. Ces résidus peuvent contribuer à l’approvisionnement sans remplacer seuls toute la consommation fossile.

Les biocarburants de troisième génération comprennent les carburants issus des algues. Celles-ci peuvent être cultivées dans des bassins ouverts ou des photobioréacteurs fermés : un système fermé n’est pas obligatoire. Certaines espèces utilisent de l’eau salée et des terres non agricoles, mais nécessitent toujours de l’eau, des nutriments, de l’énergie et de l’espace.

Source: Exxon

À l’époque de cette synthèse, les carburants d’algues avaient été démontrés, mais une production massive à coût compétitif restait difficile.

L’expression « biocarburants de quatrième génération » recouvre plusieurs approches. Un domaine voisin est celui des carburants solaires photobiologiques, qui utilisent la lumière pour produire du carburant par des voies biologiques ou artificielles. Il ne s’agit pas d’une catégorie technique unique assortie d’un calendrier commercial certain.

Obstacles et contraintes pour la production de masse

La productivité est un obstacle majeur. Cultiver une biomasse diluée, la récolter puis la transformer demande des investissements et de l’énergie. Une partie de l’énergie contenue dans les algues est consommée par ces opérations.

La contamination par des organismes concurrents peut dégrader la culture. Les systèmes fermés offrent davantage de contrôle, mais coûtent souvent plus cher et ne sont pas automatiquement stériles.

La récolte est aussi une opération complexe. Selon le système, elle peut être continue ou réalisée par lots ; elle n’impose pas toujours l’arrêt de toute la production.

Le texte initial citait des estimations d’environ 5 à 8 dollars par gallon américain, voire davantage. Ces coûts dépendent de la technologie, de l’échelle et des hypothèses ; ce ne sont pas des prix universels ou actuels.

Un nouvel essai peut-il réussir ?

La première grande vague d’investissements, vers 2009–2010, n’a pas produit la révolution rapide espérée, faute de rentabilité suffisante. Les difficultés sont présentées dans cette analyse plus ancienne.

Depuis, plusieurs progrès de recherche ont amélioré certaines conditions :

• Le génie génétique permet de modifier les caractéristiques des algues.
• Les méthodes de transformation en carburant sont mieux comprises.
• Certaines souches résistent mieux aux organismes concurrents et peuvent être cultivées dans des bassins ouverts.

Les prix de l’énergie comptent aussi, sans que l’on puisse déclarer le pétrole bon marché définitivement disparu.Certaines estimations du seuil de rentabilité du pétrole de schiste américain se situaient autour de 50 à 70 dollars le baril, et le faible niveau des nouvelles découvertes de pétrole et de gaz a été discuté. Par ailleurs, la guerre en Ukraine a déclenché une crise énergétique mondiale. Ces facteurs historiques peuvent favoriser l’intérêt pour des alternatives nationales. Ils ne prouvent pas que les carburants d’algues sont déjà compétitifs ou neutres en carbone : il faut évaluer tout leur cycle de vie. Les exemples d’investissement sont présentés plus bas.

Les conditions nécessaires au développement

Au-delà de la technique et du prix des carburants, le financement est essentiel. Les premières initiatives étaient souvent de petites entreprises, tandis que la production industrielle exige de gros investissements. Le développement peut être décrit en plusieurs étapes :

1. Comprendre la biochimie et la génétique des microalgues.
2. Sélectionner et modifier des souches pour augmenter la production de lipides.
3. Optimiser la culture, la récolte et la transformation.
4. Augmenter l’échelle de façon à réduire réellement le coût unitaire.

Vers 2010, les connaissances et les outils étaient plus limités pour de nombreuses espèces, sans que toute la génétique des algues soit inconnue. Les procédés et le choix des produits, comme l’éthanol ou les huiles, devaient aussi être adaptés à l’économie du système. Passer du laboratoire à un fonctionnement industriel robuste s’est révélé difficile. Une faible productivité ne se corrige pas toujours en construisant plus grand ; l’absence de rentabilité a réduit les financements.

Investir dans les carburants d’algues

Des progrès avaient été réalisés en 2023, mais tous les problèmes scientifiques et commerciaux n’étaient pas résolus. Une étude de 2017 a montré qu’en réduisant l’expression d’un seul régulateur de transcription dans une espèce d’algue, la production de lipides pouvait plus que doubler.

Le séquençage, notamment le NGS, et l’édition génétique, dont CRISPR, ont facilité la recherche. Ces techniques ne sont toutefois pas toutes apparues dans les cinq années précédant 2023.

Des entreprises spécialisées peuvent mener la recherche, tandis que le passage à l’échelle nécessite de grands investisseurs ou partenaires industriels, notamment énergétiques. Investir dans un grand groupe reste surtout une exposition à ses autres activités. Brevets et collaborations ne garantissent ni bénéfices, ni dividendes, ni réussite de la transition énergétique.

1. Exxon Mobil

ExxonMobil est un exemple de pétrolier ayant historiquement financé des recherches avec Viridos, auparavant Synthetic Genomics. Cette collaboration doit être distinguée d’une usine commerciale confirmée.

XOM Graphique du prix

Viridos est lié au pionnier de la génomique Craig Venter et à la recherche sur les algues. Venter a également participé au séquençage du génome humain. Des chercheurs du J. Craig Venter Institute et leurs partenaires ont développé des cellules contrôlées par un génome synthétique, introduit dans une cellule receveuse existante. Ils n’ont pas fabriqué une cellule entière à partir de rien.

Viridos déclarait que des souches améliorées avaient produit 5 à 10 fois plus de bio-huile que des souches naturelles lors d’essais en extérieur. C’était une déclaration de l’entreprise sur des essais, pas une mesure de production commerciale déjà opérationnelle.

En 2018, ExxonMobil et Synthetic Genomics avaient annoncé un objectif de capacité technique de 10 000 barils par jour à l’horizon 2025. Il s’agissait d’un objectif de recherche conditionnel, pas d’une usine garantie deux ans après cet article. La comparaison avec environ 3,7 millions de barils par jour concernait les autres productions pétrolières et gazières du groupe.

2. Reliance Industries

Reliance Industries est un grand groupe indien coté du secteur privé, actif notamment dans les télécommunications, le commerce, le textile et l’énergie. « Secteur privé » ne signifie pas « non coté ». Pour l’exercice 2021–2022, le groupe a déclaré 104,6 milliards de dollars de chiffre d’affaires consolidé, dépassant 100 milliards. Il ne s’agit ni du bénéfice ni des seuls revenus de la société mère.

Reliance a présenté sa culture d’algues dans une vidéo, la décrivant comme l’un des plus grands systèmes au monde. C’était sa propre présentation. Son portefeuille énergétique reposait largement sur le raffinage et la pétrochimie. Les projets algaux pouvaient exploiter le soleil et des terres non agricoles, mais leur effet sur les importations dépendrait de leur taille réelle et de leur économie.

Financement participatif & capital‑risque

La synthèse originale n’avait identifié aucune campagne ouverte à la publication. Un exemple historique est le financement participatif de Manta Biofuel, clôturé en 2021. Le modèle utilisait des bassins ouverts et des nanoparticules magnétiques pour récolter les algues.

Les investissements privés et le capital-risque offrent d’autres possibilités, avec des critères d’accès et des risques propres. Le texte citait Primary Ocean, pour les algues marines destinées à l’alimentation, aux bioplastiques et à d’éventuels carburants, ainsi qu’Algenol, pour les produits chimiques, cosmétiques et carburants. Gevo développe plusieurs biocarburants et est coté en bourse : tous ces exemples ne sont donc pas réservés aux investisseurs privés accrédités.

Conclusion

Les carburants d’algues constituent un domaine de recherche prometteur, mais un objectif futur de capacité ne prouve pas la maturité ou la rentabilité d’une industrie. Le chiffre historique de 10 000 barils par jour d’ExxonMobil ne doit pas être présenté comme une production atteinte.

De nouvelles entreprises et formes de financement peuvent créer des possibilités. L’idée d’un grand essor en 2025–2026 était cependant une prévision formulée en 2023, et non un résultat établi.

Reliance et ExxonMobil doivent être évalués sur l’ensemble de leurs activités. Passer du forage à la culture d’algues demande davantage qu’un transfert de budget : technologie, ressources, installations et demande doivent aussi être réunies.

Une hausse du coût du carbone peut modifier la compétitivité des carburants à faibles émissions sur leur cycle de vie. La recherche peut réduire les coûts, mais ni les prix, ni la neutralité carbone, ni la rentabilité ne sont garantis.