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Cultivez Votre Spiruline
Manuel de Culture Artisanale de la Spiruline
by Jean-Paul Jourdan
Le Castanet, Mialet, 30140 Anduz, France. email: jpj@bsi.fr.

CHAPITRE 2

4) MILIEU DE CULTURE

4.1) Préparation du milieu de culture.

Les spirulines poussent dans une eau à la fois salée et alcaline. L'eau utilisée pour le milieu de culture doit être de préférence potable (mais ne sentant pas fortement le chlore) ou au moins filtrée (sur bougie filtrante ou sable), le plus important étant l'élimination des algues étrangères. L'eau de pluie, de source ou de forage est en général de qualité convenable. Si l'eau est dure, il se produira des boues minérales (plus ou moins abondantes selon la teneur en calcium, magnésium et fer), qui décantent rapidement et ne sont pas particulièrement gênantes pour la culture, à condition toutefois que l'ensemencement initial en spirulines soit assez concentré.

Les limites de salinité et d'alcalinité (= basicité) permises sont assez larges mais on se place en général vers les minima, pour des raisons d'économie et de productivité, avec une salinité totale de 13 g/litre et une basicité de 0,1 molécule-gramme/litre (b = 0,1) ; mais ces concentrations peuvent être doublées sans inconvénient. Il peut même être avantageux de travailler à une basicité double pour atténuer les fluctuations de pH dans l'après-midi, surtout en surface ou dans les angles du bassin quand l'agitation est déficiente. Lorsque le carbone est apporté par le bicarbonate on a intérêt à travailler à forte alcalinité (0,2) pour réduire le volume des purges.

L'alcalinité est habituellement apportée par du bicarbonate de sodium, mais ce dernier peut être remplacé en partie par de la soude caustique ou du carbonate de sodium pour relever le pH initial du milieu de culture (par exemple 5 g/l de bicarbonate + 1,6 g/l de soude donnent un pH de 10) ; le carbonate ou la soude peuvent même être la seule source d'alcalinité à condition de les bicarbonater au gaz carbonique ou par exposition à l'air avant usage (cf. N.B. du § A16.1 : Annexes techniques - soude pour la dose limite de soude). La salinité complémentaire est apportée par les différents engrais et du sel (chlorure de sodium). Le sel de cuisine iodé et fluoré peut convenir mais souvent il contient jusqu'à 2 % de magnésie insoluble : mieux vaut utiliser un sel n'en contenant pas ; par contre l'emploi d'un sel peu raffiné est recommandé à cause de sa teneur en oligo-éléments. Si le sel apporte trop de magnésium, il y aura floculation de sels minéraux insolubles, surtout à pH assez élevé, ce qui peut être très gênant pour une culture qu'on ensemence peu concentrée en spiruline : celle-ci est en effet facilement entraînée par les flocs et tombe au fond sans qu'on puisse la récupérer. C'est aussi une raison qui milite pour ne pas mettre de calcium en début de culture nouvelle.

En plus du sel et de la soude, le milieu de culture contient des engrais pour assurer la croissance des spirulines comme en agriculture habituelle : azote (N), phosphore (P), potassium (K) sont les trois principaux éléments, mais soufre (S), magnésium (Mg), calcium (Ca) et fer (Fe) doivent aussi être ajoutés s'ils ne sont pas apportés en quantité suffisante par l'eau, le sel et les engrais. Une analyse de l'eau et du sel est utile pour calculer la dose de Mg, Ca et Fe à ajouter car un excès de ces éléments est nocif (perte de phosphore, formation de boues). L'eau, le sel et les engrais apportent généralement assez de micro-éléments (bore, zinc, cobalt, molybdène, cuivre, etc.).

Les sources d'azote préférées des spirulines sont l'ammoniac et l'urée, mais ces produits sont toxiques au-delà d'une concentration limite à respecter impérativement (l'urée s'hydrolyse peu à peu en ammoniac). C'est pourquoi on préfère souvent, au moins lors de la préparation du milieu de culture, utiliser un nitrate dont on peut mettre une forte dose, constituant une réserve d'azote à long terme. Les spirulines consommeront d'abord l'ammoniac ou l'urée s'il y en a de disponibles. Une légère odeur passagère d'ammoniac révèle qu'on s'approche de la limite autorisée ; une odeur persistante et forte indique qu'on l'a sûrement dépassée et qu'il faut s'attendre à un mauvais état de la culture (passager ou irréversible selon la dose d'ammoniac).

L'urée est le nom commun du carbamide ; certaines personnes confondant urée et urine, et éprouvant de la répugnance à manger de la spiruline fabriquée avec de l'urée, il peut être préférable de remplacer pour elles le terme "urée" par son synonyme scientifique "carbamide".

Le nitrate n'est pas réellement sans risque car il peut se transformer par réduction chimique en ammoniac (en présence de sucre par exemple et sans doute d'exopolysaccharides sécrétés par la spiruline elle-même). Vice-versa l'ammoniac (issu de l'urée par exemple) peut s'oxyder en nitrate.

Le phosphore est apporté indifféremment par n'importe quel orthophosphate soluble disponible, par exemple le phosphate monoammonique (NH4H2PO4), le phosphate dipotassique (K2HPO4) ou le phosphate trisodique (Na3PO4, 12 H2O), ou encore l'acide phosphorique lui-même. De même le potassium peut être apporté indifféremment par le nitrate de potassium, le chlorure de potassium, le sulfate ou le phosphate dipotassiques. La source de magnésium habituelle est le sulfate de magnésium appelé sel d'Epsom (MgSO4, 7 H2O). Le calcium éventuellement nécessaire est apporté par un peu de chaux ou de plâtre, ou, mieux, d'un sel de calcium soluble (nitrate, chlorure); il faut en mettre de quoi saturer le milieu en calcium à pH voisin de 10, mais pas plus, c'est-à-dire jusqu'à formation d'un léger louche blanc. En cas d'ensemencement d'une nouvelle culture avec peu de spiruline, mieux vaut s'abstenir d'ajouter du calcium au début pour éviter de perdre de la semence par entrainement par les boues minérales.

On notera la possibilité d'apporter plusieurs éléments à la fois par le même produit, par exemple N et K par le nitrate de potasse, P et K par le phosphate dipotassique, ou S et Mg par le sulfate de magnésium.

Le fer est généralement apporté par une solution de sulfate de fer acidulé, et de préférence associé à un chélatant (voir § 7.6 Chapitre 3 - chélatant).

Ne pas utiliser les engrais agricoles ordinaires prévus pour être peu solubles (et contenant de nombreuses impuretés), mais seulement les engrais solubles (voir § 6.1, N.B. e et f granulés) ou les produits chimiques purs correspondants.

Les limites de concentration admissibles pour les différents éléments dans le milieu de culture sont données en Annexes techniques - A18. Voici un exemple d'analyse de milieu de culture dans un bassin en cours de production :

Carbonate = 2800 mg/l
Bicarbonate = 720 mg/l
Nitrate = 614 mg/l
Phosphate = 20 mg/l
Sulfate = 350 mg/l
Chlorure = 3030 mg/l
Sodium = 4380 mg/l
Potassium = 642 mg/l
Magnésium = 10 mg/l
Calcium = 10 mg/l
Ammonium = 1 mg/l
Fer = 1 mg/l
Salinité totale = 12787 mg/l
Densité à 20°C = 1010 g/l
Alcalinité = 0,105 N (molécule-gramme/l)
PH à 20°C = 10,4

Le milieu doit contenir en plus tous les oligoéléments nécessaires, apportés généralement par l'eau et par les impuretés des sels, mais dont il est prudent d'ajouter un complément (Annexes techniques - A26). Un peu d'argile peut être un complément utile.

Voici une formule pour milieu de culture neuf d'appoint (pH proche de 8, cf § 4.7: ph) convenant pour des eaux de faible dureté :

Bicarbonate de sodium = 8 g/l
Chlorure de sodium = 5 g/l
Nitrate de potassium = 2 g/l (optionnel)
Sulfate dipotassique = 1 g/l (optionnel ; 0,1 minimum)
Phosphate monoammonique = 0,08 g/l
Sulfate de magnésium MgSO4, 7H2O = 0,16 g/l
Chaux = 0,020 g/l
Urée = 0,015 g/l (ou 0,050 g/l pour extension de bassin à géométrie variable)
Sulfate de fer FeSO4, 7H2O = 0,005 g/l

Dans cette formule la chaux peut être remplacée par 0,05 g de nitrate de calcium ou 0,03 g de chlorure de calcium par litre. Le sulfate de fer peut être remplacé avantageusement par 0,008 g de Fétrilon 13 ou de Ferfol 13, ou par 0,1 ml d'une solution à 10 g de fer (de préférence chélaté) par litre. Si le phosphore est apporté par l'acide phosphorique ou un phosphate sans ammonium, l'urée passe à 0,035 g/l (ou 0,070 g/l en cas d'extension de bassin).

Le nitrate de potassium n'est en fait pas nécessaire, mais il facilite le travail en assurant une réserve d'azote et de potassium. Inversement, si on met du nitrate on peut omettre l'urée. Si on omet le nitrate, le potassium est apporté par le sulfate dipotassique. Si l'eau est assez riche en sulfates, le sulfate dipotassique peut être réduit à 0,1 g/l et si de plus l'on met du nitrate de potassium il peut même omis.

La dose totale de chlorure de sodium + nitrate de potassium + sulfate de potassium dépend de la basicité "b" ; elle est égale à: 12 - (40 x b), en g/l, avec un minimum de 4 g/l. La basicité de 0,1 peut être apportée par 5 g/l de carbonate de sodium ou par 4 g/l de soude, que l'on doit laisser se carbonater avant usage (environ 15 jours à l'air en couche de 15 cm); on peut aussi mélanger le bicarbonate avec le carbonate ou la soude caustique (Annexes techniques - A12, carbicar.exe, et Annexes techniques A13 - Neutralisation). Le sesquicarbonate de sodium Na2CO3.NaHCO3.2H2O, produit naturel appelé "trona" aux U.S.A., peut être utilisé à 8 g/l et donne un pH de 10,2 convenant bien au démarrage d'une nouvelle culture (cf § 4.7: ph). Le natron africain est un trona impur dont l'utilisation tel quel n'est pas recommandée : de préférence le calciner et/ou le recristalliser.

Le nitrate du Chili potassique ("salitre potásico", granulés colorés en rose par de l'oxyde de fer), produit naturel, peut remplacer avantageusement le nitrate de potassium en apportant une riche dose d'oligoéléments, ainsi que du soufre et du magnésium (voir analyse en Annexes techniques A16.1 - salitre). Attention : le Chili exporte aussi du nitrate de potassium purifié et du nitrate de sodium.

Lorsque le milieu contient simultanément les ions ammonium (NH4), magnésium (Mg) et phosphate (PO4), les concentrations de ces ions sont interdépendantes parce que la solubilité du phosphate mixte d'ammonium et de magnésium est extrêmement faible. Pour éviter des déséquilibres, il faut respecter un rapport pondéral sulfate de magnésium/phosphate monoammonique d'environ 2 et maintenir la concentration en ammonium assez faible. Le phosphate mixte insolubilisé reste tout de même disponible pour la spiruline puisqu'il se redissout dès que les conditions le lui permettent, mais s'il y a déséquilibre les concentrations d'un ou deux des trois ions impliqués peuvent être très faibles, ce qui ralentit la croissance. Pour plus de détails, voir § A6 phos, et phos.exe. Les cristaux de phosphate mixte se déposent normalement avec les boues, mais il arrive qu'on en trouve en surface dans certaines conditions et même parfois dans la spiruline récoltée. Ceci n'est pas grave. Ces cristaux se redissolvent immédiatement par acidification (comme c'est le cas dans l'estomac!).

4.2) Milieu "Zarrouk" (thèse Zarrouk (1966), page 4 : Annexes generales - Zarrouk)

Le milieu standard de Zarrouk contient, en g/litre :

NaHCO3 = 16,8; K2HPO4 = 0,5; NaNO3 = 2,5; K2SO4 = 1,0; NaCl = 1,0; MgSO4 , 7 H2O = 0,2; CaCl2 = 0,04; FeSO4, 7 H2O = 0,01; EDTA= 0,08; solution A5 = 1,0; solution B6 = 1,0.

Composition de la solution A5, en g/l: H3BO3 = 2,86; MnCl2, 4 H2O = 1,81; ZnSO4, 7 H2O = 0,222; CuSO4, 5 H2O = 0,079; MoO3 = 0,015.

Composition de la solution B6, en g/l: NH4VO3 = 0,02296; K2Cr2(SO4)4, 24 H2O = 0,096;NiSO4, 7 H2O = 0,04785; Na2WO4, 2 H2O = 0,01794; Ti2(SO4)3 = 0,04;Co(NO3)2, 6 H2O = 0,04398.

4.3) Et si l'on n'a aucun produit chimique ?

Dans ce cas, ou si l'on veut produire une spiruline "100% biologique", utiliser des produits naturels. Par exemple on peut utiliser du bicarbonate naturel américain, la trona ou le natron ou de la lessive de cendres de bois, et tout le reste peut être remplacé par 4 ml d'urine (cf précautions à prendre) par litre, plus sel et, si nécessaire, Chapitre 3 - fer. Si l'urine est proscrite on a recours au nitrate du Chili et à la poudre d'os dégélatinisés (le phosphate naturel et le superphosphate contenant trop de cadmium).

La cendre de bois utilisée doit être propre (sans suie) et aussi riche que possible en sels solubles. Les meilleurs bois sont (en Europe) ceux de peuplier, orme, tilleul, bouleau, pin, eucalyptus; les branches sont plus riches que les troncs. En Afrique certaines parties des palmiers sont particulièrement riches en potasse et servent traditionnellement à l'extraction de potasse. Pour fabriquer la lessive de cendre, on utilise par exemple le dispositif suivant: une bassine à fond percé, une couche de cailloux sur le fond, une toile, et 30 à 50 cm de cendre dans la toile; on verse l'eau sur la cendre (environ 5 litres d'eau par kilo de cendre, plusieurs fois) et on la fait percoler à travers la couche de cendre; au début le jus coule concentré et très caustique; s'en protéger car il attaque rapidement la peau et ne doit jamais atteindre les yeux (en cas d'atteinte, rincer immédiatement et abondamment à l'eau). On peut recycler les premiers jus. Jeter la vieille cendre quand elle est épuisée et recommencer avec de la neuve. Attendre une quinzaine de jours que la carbonatation de la lessive se fasse à l'air, dans un bassin d'environ 15 cm d'épaisseur de liquide. Pendant cette période, agiter en remuant de temps en temps. Le temps de carbonatation étant inversement proportionnel à l'épaisseur, si l'on veut aller plus vite il suffit d'étaler la solution en couche plus mince; une autre possibilité pour gagner du temps est de neutraliser avec un peu de bicarbonate (Annexes techniques A13 - Neutralisation) ou de gaz carbonique.

Mesurer la salinité (Annexes techniques- A3, courbe 2) ou mieux l'alcalinité (Annexes techniques - A5). Diluer et saler: La dilution normale est à 8 g/l de natron ou sels de cendres (ou bien alcalinité = 0,1), plus 5 g/l de sel de cuisine, mais en cas de pénurie on peut diminuer considérablement la dose de natron ou sels de cendres tout en conservant la salinité totale à 13 g/l en mettant plus de sel. Ne pas oublier de rajouter du Chapitre 3 - fer. Pour mieux faire comprendre, voici un exemple donnant un milieu de culture pour 4 m², prêt à être ensemencé:

Lessiver 20 kg de cendres avec 3 fois cent litres d'eau
Carbonater la lessive à l'air quinze jours sous faible épaisseur
Diluer à densité (20°C) = 1,005 avec 300 litres d'eau
Saler avec 3 kg de sel
Ajouter 2 litres d'urine et 80 g de "sirop de fer"

4.4) Renouvellement du milieu de culture

Le milieu de culture doit rester peu coloré et peu trouble pour assurer la meilleure marche. Normalement les bactéries et le zooplancton se chargent de la minéralisation et du recyclage des déchets biologiques. Mais il peut arriver que la production de déchets dépasse leur élimination (surtout dans les bassins à productivité poussée, et/ou pour des hauteurs de liquide faibles) ; il se peut aussi que le milieu s'épuise en oligoéléments ou que la salinité ait tendance à devenir trop élevée (en cas d'alimentation carbonée sous forme de bicarbonate) : il faut alors remplacer le milieu de culture ou pratiquer une purge. Cette purge se fait par le fond (par pompage ou siphonnage) en éliminant en même temps des boues ou lors des récoltes. Si les pluies font monter le niveau du bassin au point où il risque de déborder, il faut aussi pratiquer une purge pour faire baisser le niveau. Remettre dans le bassin la quantité de sels contenus dans la purge (sauf ceux dont on veut éventuellement abaisser la concentration). Si on a purgé parce que le niveau était trop haut à cause de la pluie, on ne remet évidemment que les sels, sans eau.

Si un bassin s'avère trop riche en un élément (urée mise en excès par exemple) et si son niveau est suffisamment bas, on peut lui ajouter du milieu neuf privé de l'élément en trop, de manière à diluer celui-ci.

La marche sans renouvellement du milieu de culture pendant plusieurs années est possible si les oligoéléments sont régulièrement apportés et si la productivité n'est pas excessive par rapport à la profondeur de culture (la profondeur exprimée en cm doit être au moins le quadruple de la productivité moyenne exprimée en g/jour/m²). Dans la pratique cependant un certain taux de renouvellement aide à maintenir négligeable la concentration en contaminants éventuels (chimiques ou biologiques) et à assurer l'alimentation en oligo-éléments (par les traces contenues dans l'eau d'appoint ou les sels). Il est sage de tabler au minimum sur un renouvellement tous les 2 kg de spiruline produite par m² de bassin, soit tous les 6 à 18 mois selon la productivité, en une fois ou, mieux, progressivement. Pour ne pas avoir d'ennuis, si on peut se le permettre, il vaut mieux renouveler le milieu tous les 3 mois (= purge de 1 % / jour), mais il faut savoir que ce n'est pas une nécessité.

N.B.: a) La marche sans ou presque sans renouvellement nécessite de surveiller de plus près les contaminants.

b) Le non-recyclage du jus de pressage équivaut à un taux de purge de l'ordre de 0,02 %/jour. Si la moitié de l'azote est apportée par le nitrate, celui-ci apporte à peu près l'alcalinité perdue par cette purge.

4.5) Epuration et recyclage

Il est en principe recommandé, pour des raisons écologiques, de ne pas jeter le mileu purgé dans l'environnement mais soit de l'utiliser en alimentation animale, soit de le laisser s'évaporer à sec dans un bassin à part jouant le rôle de "marais salant", de préférence à l'abri de la pluie sous serre. Les sels récupérés, semblables au natron naturel, peuvent être purifiés par calcination dans un four ou un feu de bois ou par recristallisation, et recyclés, mais ceci reste à essayer. Avec l'évaporation à sec, un renouvellement tous les 3 mois nécessite une surface d'évaporation d'un tiers de la surface des bassins.

Autre type de recyclage possible (procédé de F. Ayala) : l'épuration biologique dans un bassin profond de 1 à 2 m. où le temps de séjour des purges est de 2 à 4 semaines ; le tiers supérieur est agité par bullage d'air ; le milieu purifié est recyclé tel quel (après ajustement à la salinité voulue), avec les spirulines qui s'y développent. Mais il nous parait plus simple, au niveau artisanal qui nous intéresse ici, de majorer la surface et/ou la profondeur des bassins pour y réaliser l'épuration biologique "in situ", au prix d'une productivité éventuellement un peu plus basse, mais avec un taux de purge du milieu très faible, voire nul. En zône tempérée, le milieu de culture s'autopurifie très nettement pendant l'hivernage.

Autre solution : utilisation comme engrais par épandage agricole ou sur tas de compost. La forte concentration du milieu de culture en sodium est toxique pour de nombreuses plantes, mais pas toutes (par exemple pas pour le cocotier). On peut aussi remplacer dans la formule du milieu de culture la majorité des ions sodium par des ions potassium. L'eau de cendres (cf § 4.3) assez concentrée pour ne pas nécessiter plus de deux ou trois grammes de sel par litre convient. Sinon on peut utiliser un milieu contenant 10 g de bicarbonate de potassium + 2 g de nitrate de potassium + 1 g de sulfate dipotassique + 3 g de sel par litre (le reste comme au § 4.1). Pour obtenir un milieu à pH > 10, on pourra remplacer les 10 g de bicarbonate de potassium par 6 g de bicarbonate de potassium + 2 g de potasse caustique (attention : mêmes précautions de sécurité qu'avec la soude !). Un milieu riche en potassium est au moins deux fois plus cher qu'un milieu riche en sodium, mais il a l'avantage supplémentaire de donner une spiruline qui peut être utile pour certains régimes "sans sodium" ; cet avantage pourrait plus que compenser le petit surcoût du milieu.

4.6) Utilisation de l'eau de mer

Utiliser l'eau de mer pour établir et maintenir une culture de spiruline, sans traitement préalable de l'eau de mer, est possible mais à condition de travailler à un pH régulé avec une grande précision au voisinage de celui de l'eau de mer, ce qui est techniquement trop difficile pour les petits producteurs artisanaux. En effet l'eau de mer contient une quantité excessive de calcium et de magnésium qui, aux pH élevés, provoquent une précipitation abondante de carbonates et phosphates. D'autre part la salinité élevée de cette eau (35 g/l) interdit son emploi comme eau d'appoint pour compenser l'évaporation, sauf si celle-ci est maintenue très faible par utilisation judicieuse de bassins sous serre.

4.7) pH optimum

Le pH optimum d'un milieu de culture neuf à confectionner dépend de son utilisation.

S'il doit être inséminé pour démarrer une nouvelle culture, son pH doit être d'au moins 10 : s'il est trop bas la culture risque de mal démarrrer, avec formation de grumeaux ou précipitation de la semence au fond.

Par contre s'il doit servir d'appoint à une culture existante son pH peut être avantageusement voisin de 8, ce qui contribue à maintenir le pH de la culture suffisamment bas par apport de bicarbonate. C'est typiquement le cas des bassins en cours d'extension ("à géométrie variable").