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Manuel de Culture Artisanale de la Spiruline SOMMAIRE 1.Chapitre 1: Qu'est-ce que la Spiruline ? 2.Chapitre 1: Influence du Climat 4.Chapitre 2: Milieu de Culture 6.Chapitre 2: Nourriture minérale de la spiruline 7.Chapitre 3: Conduite et entretien de la culture ANNEXES TECHNIQUES A1: Influence de différents facteurs sur la croissance A2: Mesure de la concentration en spiruline A6: Tests de qualité faciles à réaliser A7: Absorption du CO2 atmosphérique A8: Interaction Photosynthèse / Absorption du CO2 A9: Productivité en fonction de l'ombrage A10:Consommation d'eau en fonction de l'ombrage A11: Correspondance entre pH et rapport CO2/base A12: Mélanges de carbonate et de bicarbonate A13: Neutralisation de l'eau de cendre A14: Composition de divers produits A15: Matériel de laboratoire utile A18: Limites de concentrations dans le milieu de culture A19: Composition élémentaire de la spiruline A20: Composition nutritionnelle de la spiruline A21: Eléments de prix de revient A22: Pour comparer les spirulines à d'autres algues A23: Spirulines vues au microscope CALCULS A27.6: Modèle de simulation d'un bassin ouvert discontinu BATCH A28: Modèle de simulation d'un bassin sans récolte SANSREC A29: Modèle de simulation d'un bassin en croissance CROISS ANNEXES GENERALES A34: Disquette (3.5") des programmes de simulation A35: Projet semi-artisanal de 5 kg/jour
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Cultivez Votre Spiruline ANNEXES TECHNIQUES A.19) Composition élémentaire de la spiruline : Carbone = 468 g/kg * ou 12 quand la spiruline est produite dans des conditions où peu d'EPS se forme (d'après Thèse de J.F.Cornet Annexes generales - Cornet, page 166). ** très variable: un ouvrage récent donne une teneur en calcium de 7 g/kg (Annexes generales - Vonshak1997, page 149) et les notices Flamant Vert et Solarium Biotechnology 10 g/kg. *** peut être augmenté jusqu'à 1g/kg si souhaité. La composition en produits nutritionnels est donnée en Annexe A20. On notera certaines différences importantes avec le tableau ci-dessus, notamment sur le calcium, le sodium et le fer; la composition de la spiruline est sujette à variations en fonction des conditions de culture. Ainsi Cornet (thèse Annexes generales - Cornet, page 125) indique pour la spiruline produite à faible flux lumineux (5 à 20 W/m²), en g/kg: Carbone = 505 g/kg A20) COMPOSITION APPROXIMATIVE DE LA SPIRULINE EN ELEMENTS NUTRITIONNELS Protéines = 65 % en poids (norme : >50) D'après notices Flamant Vert : VITAMINES Béta-carotène = 1400 mg/kg = 2330 Unités Internationales (U.I.) ACIDES AMINES Alanine = 47 g/kg PIGMENTS Phycocyanine = 150 g/kg ACIDES GRAS ESSENTIELS Acide linoléique = 8 g/kg ENZYME Superoxyde-dismutase = 1,5 millions d'unités / kg MINERAUX Chrome = 3 mg/kg A21) ELEMENTS DE PRIX DE REVIENT (Prix en France TVA 20,6 % incluse et au détail sauf indication contraire) Film plastique : - Polyéthylène noir, épaisseur 0,15 mm, largeur 3 m = 0,35 $/m² (Arequipa) Tôle ondulée - Fibre de verre-polyester, largeur 0,9 m, longueur 2 m = 11,3 $/m² (Arequipa) Plaque - Fibre de verre-polyester translucide plane, largeur 1 m = 12,3 $/m² Bois - Planches en bois brut, épaisseur 27 mm, longueur 2 m = 7 $/m² Piquets en acier (en té) peints, long. 1 m. = 2,5 $/pièce Vis 4x40 mm = 10 $/200 pièces Parpaings de 50 x 20 x 15 cm = 1 $/ pièce Sable (livré sur chantier) = 43 $/mètre cube Ombrage - Canisse, largeur 2 m = 3,5 $/m²; 1 $/m² (Bangui, RCA) Grilles - Grille Polyéthylène maille 5 mm NORTENE, largeur 1 m = 5,5 $/m² au détail Filtration - Toile Polyester monofilament, 30 microns, largeur 1,2 m. = 48 $/m² Compresseurs d'air - Type aquarium : 300 l/h, 5 Watt = 27 $ Programmateur - En 220 V = 20 à 28 $ (France et Chili) Panneau photovoltaïque - Si monocristallin, 12 V, 22 W = 270 $ ( + Régulateur/chargeur de batterie = 100 $) Batterie 12 V, 15 AH, étanche = 50 $ Convertisseur de 12 V continu en 220 V 40 W = 120 $; 100 W = 230 $ Motoréducteur - 20 t/mn, 80 W, 220 V = 208 $ Pistolet à extruder le silicone - manuel, capacité 300 ml, modèle SIKA = 37 $ (47 au Chili) Séchoir électrique, puissance 450 Watt, modèle Stöckli avec 5 plateaux = 117 $ Broyeur manuel (Corona) = 20 $ (Chili) Emballage: Sacs plastique métallisés thermoscellables, capacité 500 g de spiruline broyée = 0,38 $ pièce par 250 unités; capacité 100 g = 0,078 $ pièce par 10.000 unités (non imprimés) ou 0,113 $ imprimés. Exemple de fournisseur : BSS Emballages, B.P. 31, F - 34980 - Saint-Clément-la-Rivière. Produits chimiques - Acide chlorhydrique 33% = 1,17 $/litre Matériel de laboratoire Balance électronique 5 kg = 50 $ Analyses, $/unité % protéines = 15 Ensembles Bassin de culture en dur sous serre avec roue à aube (1000 m²) = 25 $/m² Spiruline sèche (Prix de vente) Le prix de vente de la spiruline sèche est extrêmement variable selon les lieux, les quantités, la qualité, l'emballage, la conjoncture, etc. En 1998 on peut acheter 200 kg de spiruline en provenance d'Extrême Orient à 10 $/kg, mais le prix international par tonne se situe plutôt autour de 15 à 20 $/kg. Au détail on trouve de la spiruline en poudre autour de 80 $/kg, tandis qu'en gélules elle se vend en pharmacie autour de 300 $/kg.
A23) SPIRULINES VUES AU MICROSCOPE
A24) POUR CEUX QUI ONT DE L'ELECTRICITE: A24.1) AGITATION PAR ROUE A AUBES
Les bassins agités par roue à aubes sont plus longs que larges, avec extrêmités arrondies et une cloison centrale. La roue à aube est installée sur un des côtés ou à une extrémité, entre bord et cloison centrale. L'axe de rotation repose sur deux roulements à billes fixés sur des supports solides, généralement bétonnés. Au droit de la roue la largeur du canal peut être rétrécie sans inconvénient; au contraire cela permet de renforcer les supports et de raccourcir la roue donc de la rendre plus solide. La roue comprend 4 ou 6 pales ou ailettes solidement maintenues sur des disques solidaires de l'axe et de diamètre voisin de 80 cm. La hauteur des pales est de l'ordre de 20 cm. Pour minimiser les dégâts causés aux spirulines, il est bon d'arrondir le bord d'attaque des pales. La construction de la roue à aubes doit se faire de préférence en plastique (PVC rigide d'épaisseur 4 mmm ou plus) ou en bois car presque tous les métaux sont corrodés à la longue. Le contreplaqué de qualité résistant à l'eau bouillante convient et il est pratique. L'acier galvanisé et certains inox résistent parfois à la corrosion mais ce n'est pas garanti. L'axe est généralement métallique, mais il faut prévoir son remplacement. Un moto réducteur électrique entraîne l'axe à une vitesse de 20 tours par minute environ. Sa puissance utile doit être de l'ordre de 1 Watt/m² de bassin ou plus. Un variateur de vitesse est commode mais onéreux. Une transmission par courroie est recommandée. Pour les petits bassins, la roue à aubes peut être montée directement sur l'axe du moto réducteur. Elle peut ne comporter que deux pales, ce qui a pour effet de provoquer une houle artificielle se propageant jusqu'à l'extrémité du bassin et contribuant à l'agitation. Il est utile de protéger le fond du bassin, s'il est en film plastique, au droit des pales: par exemple par des plaques inox ou ciment. La distance entre le bas des pales et le fond du bassin ou ces plaques doit être faible, mais suffisante pour ne pas risquer de toucher. On admet que la vitesse de circulation de la culture doit être de 20 cm/seconde pour obtenir une bonne agitation; théoriquement le régime turbulent est atteint dès que cette vitesse dépasse 10/z (z = profondeur en cm) si la concentration en spiruline est inférieure à 3 g/l. Pour réduire les irrégularités de débits et l'accumulation des boues en certains endroits, on installe des déflecteurs ou des contre-pales créant des remous : Il y a un débat concernant le meilleur sens de rotation du liquide dans le bassin : pour certains le meilleur serait le sens contraire aux aiguilles d'une montre. Pour d'autres le sens des aiguilles d'une montre serait tabou. En ce qui nous concerne, nous n'avons aucune recommandation spéciale. L'utilisation d'un vide modéré (un aspirateur donnant un vide de 15 kPa - soit 1,5 m de colonne d'eau - suffit) permet d'accélérer la vitesse de filtration. On utilise pour cela une toile reposant sur un support rigide (grille), posé sur un réservoir étanche résistant au vide. Ce réservoir est relié à l'aspirateur. La culture à filtrer est pompée dans le bassin à travers une crépine servant de tamis ou envoyée sur la toile de filtration à travers un tamis. Une pompe vide-cave de type "à vortex" est recommandée pour ne pas casser trop de spirulines. Une pompe type vide-cave, à commande automatique par flotteur et munie sur son refoulement d'un clapet de non-retour bien étanche, assure le maintien automatique du niveau de filtrat dans le réservoir sous vide. En cours de filtration on décolmate au besoin la toile avec une raclette caoutchouc. On arrête l'arrivée de liquide et on attend que la biomasse soit suffisamment pauvre en eau, puis on récupère la biomasse à la raclette. La vitesse de filtration dépend bien entendu de la qualité de la culture, mais elle se situe autour de 8 kg de spiruline sèche/heure/m² de filtre. A24.3) FILTRATION SOUS PRESSION La culture pompée à travers un tamis peut être envoyée dans un sac en forme de manche fermé par une pince, flottant dans le bassin. Si le sac est vertical et hors de la culture, de petit diamètre (< 6 cm) et de grande longueur (> un mètre), la filtration peut se faire par gravité avec une bonne efficacité. A24.4) FILTRATION CONTINUE Divers dispositifs existent (tamis vibrants, tambours rotatifs), mais sont plus adaptés aux conditions industrielles qu'artisanales. A24.5) ESSORAGE PAR LE VIDE (pour remplacer le pressage) Il s'agit d'une variante du § A24.2. Si la biomasse est laissée sur le filtre sous vide suffisamment longtemps (par exemple 10 minutes pour une épaisseur de 5 mm), l'eau interstitielle s'élimine comme dans le cas d'un pressage. Par rapport au pressage, ce système permet le lavage éventuel de la biomasse (lavage que nous estimons inutile, voire nuisible selon les cas). On peut aussi n'utiliser le filtre à vide que pour l'essorage; dans ce cas le volume de liquide est suffisamment faible pour qu'on puisse se passer de la pompe vide-cave dans le réservoir. Un bon essorage peut exiger un vide plus fort que la simple filtration. A24.6) ESSORAGE PAR ESSOREUSE (pour remplacer le pressage) L'essorage de la biomasse sortant du filtre peut aussi se faire dans une essoreuse à panier (à axe vertical) munie d'une toile de filtre et tournant à vitesse suffisamment modérée pour ne pas casser la spiruline. Ce système permet aussi le lavage de la biomasse. Nous ne le considérons pas à la portée d'un artisan. Dans les zones à hivers froids, les récoltes peuvent se poursuivre tant que la température maximum ne descend pas en dessous de 15°C. Ensuite, lorsque la température des bassins est inférieure à 10°C, il arrive que la spiruline décante au fond et jaunisse. Il faut éviter d'aborder l'hiver à pH < 10 et de trop agiter à la pompe pendant l'hiver pour éviter le risque de "blanchiment" du milieu et la mort des spirulines. Si l'hiver est assez doux (> - 8°C) et si le milieu n'est pas carencé, la spiruline peut très bien survivre sous serre et redémarrer aux beaux jours, mais il est prudent d'ombrer le plein soleil tant que la température du bassin reste inférieure à 10 - 15°C. En cours d'hiver il est bon d'agiter de temps à autre au balai pour remettre en suspension et aérer les boues du fond. En fin d'hiver, si tout se passe bien, le milieu de culture se trouve rénové (turbidité très faible, peu ou pas de boues, pH = 10, récoltabilité excellente). Cependant il y a le danger théorique que pendant l'hiver des contaminations puissent se produire (algues étrangères et éventuellement toxiques): faire un test de toxicité avant de recommencer à récolter. Dans les zones à forte saison des pluies il faut couvrir les bassins. Si ce n'est pas possible, on peut continuer les récoltes en purgeant le milieu de culture, et en rajoutant les sels correspondants, mais cela coûte cher en sels tandis que la récolte risque de ne pas pouvoir se sécher. On peut donc préférer arrêter la production, puis vider et nettoyer à fond les bassins et redémarrer la culture au retour du beau temps. Il faut toujours conserver une ou plusieurs réserves de semence de bonne qualité, mais a fortiori en cas d'arrêt annuel. La réserve doit être conservée dans un endroit abrité des intempéries, à l'ombre (pas à l'obscurité pendant le jour), à température modérée (20 à 30 °C) et agitée de temps en temps. Elle ne doit être ni trop concentrée ni trop diluée en spiruline (Secchi = 2 à 4 convient). Si l'arrêt dépasse 3 mois, il faut "repiquer" la culture de réserve, c'est-à-dire démarrer une autre réserve, ensemencée à partir de la première tous les deux à trois mois pour maintenir sa qualité. Nota: une culture, même de réserve, ne doit jamais être fermée de manière étanche: elle a besoin d'air, et un bon moyen de l'apporter est d'agiter par bullage d'air. En cas d'arrêt momentané des récoltes sur un bassin en production, il faut l'ombrer en permanence et l'agiter au moins de temps en temps. A26) FORMULES D'OLIGO-ELEMENTS Formule de Jacques Falquet, 1997 (Antenna Technologie, Genève) : Solution concentrée pour faciliter le transport (5 ml contiennent les oligo-éléments d'un kg de spiruline) : Acide citrique = 100 g / litre A noter qu'en vieillissant cette solution dégage une odeur nauséabonde de gaz sulfuré (composé du sélénium volatil et toxique). Formule de J.P. Jourdan (sans sélénium, avec supplément de zinc) Solution à 10 g de fer par litre contenant les oligo-éléments correspondants (100 ml de cette solution correspondent à 1 kg de spiruline à 1000 ppm de fer) : Fétrilon 13 ou Ferfol (à 13 % de fer chélaté à l'EDTA) = 76 g / litre Le Fétrilon ou le Ferfol peuvent être remplacés par une solution équivalente de fer chélaté; il doivent de préférence être dissouts préalablement dans de l'eau, de même que l'oxyde de molybdène. Ce dernier peut être remplacé par le molybdate de sodium (MoNa2O4, 2 H2O) à raison de 0,18 g/l. La neutralisation se fait à la fin (attention au dégagement de gaz). La solution neutralisée est limpide et de forte couleur rouille; un léger trouble peut se former au stockage prolongé (agiter avant usage). On peut aussi faire une solution sans fer, le fer étant apporté à part: dans ce cas la couleur de la solution est bleue et la quantité de bicarbonate pour la neutralisation à pH 7,3 (obtention de la limpidité) est environ moitié. Dose moyenne à utiliser = 25 à 100 ml/kg récolté, selon teneur en fer souhaitée dans la spiruline et selon les autres apports d'oligoéléments; si on ne connaît pas ces autres apports, essayer 50 ml/kg et chercher la meilleure dose par tâtonnements. A la dose de 50 ml/kg le coût de cette formule (hors Fétrilon ou Ferfol) est négligeable: environ 0,03 $/kg de spiruline. Remarque La composition de la spiruline peut être variée dans de larges proportions concernant le fer et les oligoéléments selon ce que les spécialistes préconisent. Certains disent par exemple qu'il y a trop de vitamine B12 dans la spiruline : dans ce cas, on peut choisir de réduire ou supprimer l'apport de cobalt. De même pour le fer et le zinc. Mais ces réductions d'apports peuvent avoir un effet négatif sur la facilité de récolte de la spiruline.
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Le poids sec d'un filament moyen de spiruline est d'environ 3µg. Dans l'hémisphère Nord comme dans le Sud, le sens d'enroulement des spires des spirulines spiralées est le même: dans le sens des aiguilles d'une montre si on regarde par dessus la spirale en descendant: La planche de photos de spirulines Lonar a été supprimée (remplacée par la photo du § 1). 