innoculum

Projet CREDESA

" FICHE III " du

Livret-guide de production

Milieu de culture, 1- 1ére formulation
ensemencement Intrant de base
Technique
croissance 3-formulation- croissance
entretien Nourriture non obligatoire

Disque de SECCHI

La spiruline pousse dans un milieu à la fois salé et alcalin. L'eau utilisée doit être potable. La salinité est apportée par des produits chimiques qui, pour la plupart, peuvent être des engrais et, mis à part l'urée, sont des sels. Le chlorure de sodium (le "sel") est un des sels employés.
L'alcalinité est apportée sous forme de bicarbonate de sodium, et, à défaut, à partir de soude caustique ou de carbonate de sodium qui vont se bicarbonater au contact de l'air (lentement, étant donné la faible teneur de l'atmosphère en CO2)

. En plus du sel et du bicarbonate, les produits chimiques jouent le rôle d'engrais pour assurer la croissance de la spiruline. Ces produits - les "intrants" - doivent contenir de l'azote (N), du phosphore (P), du potassium (K), sous des formes variées, ainsi que du soufre (S), du magnésium (Mg), du calcium (Ca) et du fer (Fe).
L'azote peut être apporté par du nitrate ou de l'urée.
Le phosphore peut être apporté par du phosphate mono-ammonique (NH4H2P04), du phosphate trisodique (Na3PO4,12H20 ou du phosphate dipotassique (K2HP04).
Le potassium, quant à lui, peut être apporté par le nitrate de potassium, le chlorure de potassium, le sulfate ou le phosphate dipotassique.
La source de magnésium employée est généralement le sulfate de magnésium.
Si l'on ne dispose pas de produits chimiques, certaines méthodes d'utilisation de produit naturels peuvent être employées. Pahou n'y ayant pas recours, elles ne feront pas l'objet de développements. Elles sont explicitées dans le Manuel de Culture Artisanale de la Spiruline de Jean-Pierre Jourdan (ref 1)
· La spiruline étant très riche en fer, l'apport de cet élément nécessite une attention spéciale.
En effet, si on ajoute un sel ferreux, le sulfate ferreux par exemple, on a en milieu alcalin un précipité d'hydroxyde ferreux verdâtre (lequel va s'oxyder en hydroxyde ferrique, couleur rouille).
L'addition d'acide chlorhydrique dans la solution de sulfate ferreux vise à stabiliser la solution elle-même en l'acidifiant.
Cependant la solution étant ajoutée à un milieu alcalin, on ne peut empêcher l'hydroxyde ferreux de se former et de précipiter, après neutralisation de l'acide chlorhydrique.

Deux parades sont possibles :
  • La complexation du fer dans la solution, sous forme de chélate de fer, par addition d'un sel de l'EDTA .
  • L'addition au milieu, en goutte à goutte d'une solution de sulfate ferreux stabilisée par de l'acide chlorhydrique, sans EDTA. En perfusion lente dans un milieu agité, le fer est consommé rapidement et prioritairement par la spiruline et il ne précipite pas.

Le milieu doit en outre contenir les oligo-éléments qui sont généralement présents dans l'eau utilisée. (zinc, acide borique, manganèse, cuivre, chrome, cobalt, molybdène, ….)
Avant de décrire les opérations d'ensemencement puis de croissance et d'entretien des bassins, il faut noter que la consommation d'intrants se fait en deux temps et correspond à 2 formulations différentes.
La première consommation correspond à la préparation du milieu liquide dans lequel on introduit la souche de spiruline que l'on veut voir croître, à travers toutes les étapes de son développement, depuis les petits bassins successifs d'ensemencement, jusqu'au bassin définitif où la récolte sera possible.
La deuxième consommation est une consommation d'entretien : chaque fois qu'on récolte de la spiruline, il faut remettre dans le bassin une quantité d'intrants en rapport avec ce qui vient de sortir du bassin sous forme de spiruline. Une formulation spécifique correspond à cette consommation.
1EDTA : acide éthylène diamine tétra-acétique.
Cet acide, ou ses sels de sodium, réagit avec le sulfate de fer pour donner un composé dans lequel l'atome de fer, Fe, est dissimulé (sequestré, chélaté) et ne réagit plus aux réactifs courants voir:
ref (1) , pge 81


1 - Première Formulation (Constitution du milieu de départ)
(milieu valable pour un bassin d'ensemencement ou de production)

1 - 1 Rôle/importance des constituants
L'eau
Elle doit être potable (mais ne pas sentir le chlore) ; elle ne doit pas être dure sinon on risque de précipiter des carbonates et phosphates (de calcium, magnésium, etc.) qui constitueront des boues.
Si l'eau est trop douce (pluie), on peut ajouter un peu de chaux (voir dans les formules)

Principes généraux
En dehors de la présence nécessaire d'éléments bien particuliers dans la composition du milieu (N, P,K, Fe, Mg, …), 2 valeurs peuvent être retenues, la salinité et la basicité.
La salinité (somme des poids de tous les sels dissous) doit être au moins de 13 g/litre
La basicité (équivalent des radicaux OH-) de 0,1 molécule gramme/litre.
[basicité = alcalinité ˜ nombre d'OH-/litre]
Ces chiffres peuvent être doublés.

Alcalinité et pH
Le pH est un indice mesurant l'activité (ou la concentration) de l'ion hydrogène dans une solution, à l'aide d'une échelle logarithmique . L'échelle va de 0 à 14. Si le pH est inférieur à 7, le milieu est acide. Si le pH est supérieur à 7, le milieu est alcalin .
Valeur 7 = neutralité.

Le tableau ci-dessous et les lignes qui suivent , aident à comprendre les relations entre le pH et le gaz carbonique.
Le CO2 est l'anhydride carbonique ;
l'eau chargée de CO2 a les propriétés d'un acide faible, l'acide carbonique, qui correspond à :
CO2 + H2O <--> H2CO3
De l'acide carbonique, on ne connaût que les sels : carbonates et bicarbonates : CO3- - et HCO3-

Relation entre PH et teneur en CO2
Le pH d'une bonne culture va de 9,5 à 10,5.
pH de l'eau 3,5 6,5 8,5 10,5 11,5
100% CO2Eau pure + CO2
CO2 + des cations (sodium, etc) pouvant donner des sels
CO2 + des cations (sodium, etc) pouvant donner des sels
CO2 + des cations (sodium, etc) pouvant donner des sels CO2 + des cations (sodium, etc) pouvant donner des sels
CO2 + des cations (sodium, etc) pouvant donner des sels
Gaz CO2
dissous dans l'eau
------>
pH d'un acide faible. 50% CO2 en équilibre avec :
Répartition carbonate acide HCO3- / carbonate CO3--
" acide carbonique "
(H2CO3) acide faible non
50% HCO3- 100% HCO3
-uniquement des ions bicarbonates
(carbonate acide)
50% HCO3-50% CO3- -équilibre bicarbonates ? carbonates 100% CO3 --uniquement des ions carbonates
.


" La spiruline demande un milieu alcalin et le pH initial doit être assez élevé : 7,8 à 8,5 selon le milieu. Le pH d'une bonne culture va de 9,5 à 10,5.
Quand le pH dépasse 10,5 l'apport de CO2 est insuffisant pour compenser le prélèvement par la spiruline et la croissance est limitée par le manque de CO2
L'apport de CO2 abaisse le pH et fournit du carbone pour continuer la croissance.
Si nous n'ajoutons pas de CO2, la croissance diminue et le pH se stabilise autour de 10,9 quand le CO2 atmosphérique est dissous dans l'eau à la même vitesse que celle à laquelle la spiruline à croissance lente (± 3 g de spiruline/jour/m²) le retire "

Plusieurs formules sont utilisables et l'on doit faire son choix en fonction des intrants disponibles facilement ou de leur prix d'achat.

------------------------
(3) Basicité = alcalinité. Une mole de soude (NaOH) pèse 40 g et comporte 1 radical OH- (en milieu aqueux, la soude se dissocie en deux ions ou radicaux : NaOH <---> Na+ + OH-
Une basicité b = 0,1 correspond à 4 g de soude/litre ou # 5 g de carbonate [en effet CO3Na2 (masse mol. = 106) correspond à
CO3Na2 + H2O ? CO2 + 2 NaOH ; soit 2 OH- ; un OH- correspond à 53 g de carbonate # 5 g

(4)Voir J.P. Jourdan ref (1) pge 13

(5)Tableau et texte s'inspirent de Fox ref (2), pge 95


Intrants de base

Bicarbonate de sodium : HNaCO3 : (un produit basique de la chimie).
Prix Europe environ 2,50 à 2,60 FF/ kg (HT)départ.
  • Rendu Cotonou, (origine GAZECHIM, France), transitaire payé, hors taxes douanières, : 6,10 FF /kg
  • Côte d'Ivoire (STPC) : 285 FCFA /kg ; cependant taxes de sortie (15 FCFA/kg) et frais de transport jusqu'au Bénin (à travers le Ghana et le Togo) + frais de transit, ramènent à un prix sensiblement équivalent.
  • Burkina Faso (COFAMA, Ouagadougou) : le prix est très avantageux pour les Burkinabés (460 FCFA /kg) mais dissuasif rendu Cotonou.
Il est à souhaiter qu'un importateur de produits chimiques tant soit peu actif offre aux béninois les mêmes chances d'approvisionnement que dans les pays africains voisins….
A défaut de bicarbonate, on peut utiliser du carbonate qui, au contact de l'air, va se bicarbonater.
Le natron africain (du sesquicarbonate de sodium, un mélange de carbonate et de bicarbonate) est une autre source possible à condition qu'il ne soit pas trop impur.
Azote
La meilleure source est le nitrate de potassium du Chili car il contient des oligoéléments intéressants.
Le nitrate de sodium convient aussi, mais il faudra amener du potassium par un autre moyen.

A défaut de nitrate, on peut utiliser de l'ammoniac et de l'urée, produits cependant toxiques au-delà d'une concentration limite. [ammoniac << 125 mg/l ; urée < 0,1 g/l (ref : 2)]
L'ammoniac est encore apporté par des sels comme le phosphate monoammonique ou diammonique.
L'urée [(NH2)2 CO] est commode d'utilisation et on en trouve au Bénin, pays producteur de coton.

Comparaison des Prix

urée ex Hydrochem-Bénin (SOCOROSE) : 1.65 FF /kg (en 2001) ; soit 3.51 FF/ kg d'azote
nitrate de potassium ex SQM : 9.04 FF/kg (en 1998) ; soit 64.57 FF/ kg d'azote
phosphate mono ammonique (Gazechim) : 9.54 FF/kg (en 2000) ; soit 79.50 FF /kg d'azote
L'azote de l'urée est le moins cher mais l'urée n'apporte pas de potassium ni de phosphore.

La grille de la page suivante donne la composition élémentaire des principaux intrants en même temps que leurs poids moléculaires. On peut parfois substituer un intrant par un autre.
Exemple :
Phosphate mono-ammonique H2(NH4)PO4 M = 115 P = 31 ; P/ phosphate = 31/115 = 0.27 g de P par g de phosphate mono-ammonique
Phosphate trisodique décahydraté Na3PO4, 10 H2O
M = 380.14 ; P = 31 ; P/phosphate = 31/380 = 0.08 g de P par g de phosphate trisodique
Remplacement du phosphate mono-ammonique par du phosphate trisodique.


Ensemencement
On doit pouvoir remplacer Y g de phosphate mono, apportant X g de P (X = Y x 0.27)
par Y' g de phosphate trisodique (Y' x 0.08 g = X).
Y x 0.27 = Y' x 0.08 ---> Y' = (Y x 0.27)/ 0.08 # 330 g de trisodique /m3 (si Y = 100. g)
Entretien
Y g de mono-ammonique apportant X g de P (X = Y x 0.27) sont remplacés par
Y' g de trisodique apportant (Y' x 0.08) de P
Y x 0.27 = Y' x 0.08 ---> Y' = (Y x 0.27)/0.08 = 168.75 g de trisodique (avec Y = 50. g)


Base de référence pour l'expression de la qualité d'un intrant
en % d'un élément ou d'un groupement donné
exemple : le nitrate de potassium pur titre 47 % de K2O et 14 % d'azote
Item 1
formule M NaCaO CO2 KK2O N PP2O5 MgO
* **
Masse mol. (M)des éléments ou des oxydes 2356 44 39,194 14 31142 40,3
richesse en %
bicarbonate de sodiumNaHCO3 84 27 52
carbonate de sodium :Na2CO3
106 22 42
"cristaux de soude"Na2CO3, 10 H2O 286 8 15
chlorure de sodium
(sel non purifié,
mais non dénaturé) 58,5 39
nitrate de potasse
(qualité engrais)
KNO3 101 3947 14 0
nitrate de sodium
(appelé aussi
"nitrate du Chili")
NaNO3 85 27 16
phosphate trisodiqueNa3PO4, 12 H2O 380,1 18 819
phosphate diammoniqueH(NH4)2 PO4 132 8 20
phosphate monoammoniqueH2(NH4)PO4 115 12 2762
sulfate diammonique(NH4)2 SO4 132,2 21
Sulfate de potassiumK2SO4 174,3 45
sulfate de magnésium
(dit "sel d'Epsom")
MgSO4, 7 H2O 246,5 16
sulfate ferreuxFeSO4, 7 H2O 278
UréeCO(NH2)2 60,1 73 47
EDTA (une des qualités suivantes):[CH2-N-(CO2H)2]2
EDTA (une des qualités suivantes): [CH2-N-(CO2H)2]2
acide 292,2
sel tétrasodique 380,2
sel disodique 336,2
sel disodique à 2 H2O 372,2
chauxCa(OH)2 74,1 76
cyanamide calciqueCa(CN)2 80,1 5070 35
** P2O5 + 3 H2O ---> 2 PO4H3
* K2O + 2NO3H ---> 2NO3K + H2O


1 - 2 Formules pour milieu neuf
Les valeurs suivantes peuvent être employées :

1 - 2 Formules pour milieu neuf
Tableau 1 Formule chimique g/l g/l g/l g/l bidon de
50 litres
Bassin
33m2
Bassin
33m2
kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 g ou kg * *
J.P.J.7 P.C7 P.C7
Variante : 1 1' 2 3 var. 1' var.2 var.3
Bicarbonate de sodium NaHCO3 8 10 8 8 0.5 kg 49,6 49,6
Chlorure de sodium NaCl ..... ..... 5 ..... ..... 31 31
Nitrate de potassium KNO3 2 2 2 2 100 g 12,4 12,4
Sulfate de potassium K2SO4 1 ..... ..... ..... ..... ..... .....
Phosphate trisodique Na3PO4, 12 H2O ..... ..... 0,34 ..... ..... 2,11 .....
Phosphate mono-ammonique NH4H2PO4 0,1 0.100 ..... ..... 5 g ..... .....
Phosphate diammonique (NH4)2 HPO4 ..... ..... ..... 0,12 ..... ..... 0,74
Sulfate de magnésium (sel d'Epsom) MgSO4, 7 H2O 0,2 0,100 0,2 0,2 5 g 1,24 1,24
Urée NH2-CO-NH2 0,02 ..... 0,02 0,02 ..... 0,12 0,12
Chaux Ca(OH)2 0,02 0.050 0,02 0,02 2,5 0,13 0,13
Sulfate de fer FeSO4, 7 H2O 0,005 0.010 0,005 0,005 0.5 g 0,03 0,03
* Bassin 33m2 # 31 m² réel, profondeur 20 cm (Volume 6,2 m3)

L'expérience récente nous a montré l'intérêt qu'il y avait, quand on lance un ensemencement à partir d'une souche de spiruline Paracas, à s'appuyer sur la formule de Philippe Calamand (variante 1'), au moins pour la période de croissance qui va jusqu'à un volume de 500 à 1.000 litres. Ensuite, sauf si le bicarbonate est abondant et bon marché, il vaut mieux augmenter le volume d'un bassin (jusqu'à 6,2 m3 environ) avec les formules des variantes 2 ou 3. (moins de bicarbonate et plus d'azote)

Détail : Introduction du sulfate de fer
Poids moléculaire du FeSO4, 7H2O M = 278
Contenu en fer (Fe) = 56 g pour 278 de sulfate, soit 20,14 % de fer
Pour la constitution d'un milieu neuf:
- on prépare une solution mère de sulfate FeSO4, 7H2O à 25 g de sulfate/litre ; (soit # 5, g de fer (Fe) par litre) chélaté par le sel tétrasodique de l'EDTA
- Dissoudre dans un litre d'eau distillée : 25 g de sulfate + 35 g de EDTA tétrasodique + 35 ml d'acide chlorhydrique concentré [l'acide concentré du commerce (acide muriatique), densité 1,18, contient environ 35 à 36 % en poids d'HCl]
Sulfate pour un bassin de "33 m² " soit 31 m² réel, prof. 0.2 m (6,2 m3) : 6.200 l x 0.005 g/l = 0,031 kg (31 g)
Soit 31/25 = 1,24 litre # 1, 3 litre de solution à 25 g/l de sulfate à verser dans le bassin.

-----------------------
6J.P.J : Jean-Paul Jourdan / ref (1), page 15 [s'il n'y a pas d'azote apporté par des sels d'ammoniums, l'urée peut atteindre 0,06 g/l (pge 68)]
7P.C : Philippe Calamand
2 - Ensemencement

Les concentrations d'intrants d'un milieu neuf, indiquées précédemment (g//l) soit kg/m3, permettent de calculer les quantités à prévoir pour des bassins d'ensemencement de surface et volumes croissants : petits récipients, bassines, bassins de 1 m², puis 2 ou 4 m², etc. On saute d'un récipient à un récipient plus grand en examinant si la quantité de spiruline produite dans un récipient (n-1) est suffisante pour servir de souche à un récipient (n) de taille supérieure. Cette quantité est appréciée avec un disque de Secchi 2 -


2 - 1 Disque de SECCHI
Le "disque de SECCHI" (description ci-après ) mesure la densité optique du milieu liquide Celle-ci est fonction de la concentration en spiruline du milieu.
Le disque de sechi


2 - 2 Technique
(voir J.P.J9 . pour des indications plus circonstanciées)
Choix de la souche : En simplifiant on s'adresse en général à des spirulines de race Lonar (lac indien) (belles spirales "en queue de cochon ", se rassemblant en surface) ou Paracas (ex Pérou) (ondulée plutôt que spiralée). La Paracas, moins spiralée que la Lonar, flottant entre deux eaux, robuste et se filtrant bien, est très appréciée.
Cette souche elle-même peut être obtenue auprès d'Antenna Technologie Genève Suisse.
Pour démarrer une culture dans un nouveau site ou pour redémarrer une culture avec une souche pure, il faut dans la plupart des cas se contenter d'un volume très restreint.
Frèquemment on ne dispose que de quelques décilitres de la souche mère qui doit servir à inoculer le nouveau site de production.

Les premières dilutions doivent tenir compte de la concentration initiale en spiruline de l'inoculum. En commençant avec une culture très concentrée (disque de Secchi inférieur à deux unités) il est possible de diluer immédiatement le volume par deux.

Par la suite les conditions climatiques dicteront la marche à suivre :

Un climat chaud et ensoleillé permettra à la culture de se multiplier rapidement ; des dilutions de l'ordre de 25 à 30 % par jour avec un milieu neuf (voir ci-dessus) seront rendues possibles. Il faut cependant veiller à ce que la concentration en spiruline ne soit pas trop faible sous un fort ensoleillement. Un climat plus tempéré et nuageux freinera quelque peu la croissance. Il faut alors se montrer patient et modérer les dilutions qui dépasseront rarement les 15 à 20% par jour. Il est toujours possible avec le disque de Secchi de suivre l'évolution de la concentration de spiruline dans le milieu

ref : (1) pge 49
ref : (1) pges 18, 20

Le disque de Secchi ne doit pas dépasser 8 ou 9 unités pour des dilutions aux normes.
En adaptant ainsi les dilutions aux conditions climatiques, les dilutions doivent s'échelonner sur plusieurs semaines pour obtenir des volumes de cultures importants.
Les premières cultures se feront dans des petits récipients adaptés au volume de départ.
Elles évolueront ensuite vers de plus grands volumes pour finalement remplir un bassin de plusieurs mètres carrés.
Avec un volume de 100 litres, il est possible d'ensemencer une surface d'un mètre carré sur une hauteur de 10 cm.
Il est recommandé de ne pas démarrer une culture avec une hauteur de semence inférieure à 10 cm pour des raisons d'ensoleillement et de régulation de température.
Si la concentration de la culture est faible, il faut veiller à réduire l'intensité lumineuse par un ombrage (pour éviter la photolyse) et agiter le plus souvent possible de jour comme de nuit.
Il est possible d'utiliser des pompes de type aquarium, électrique, ou des petits compresseurs, pour assurer une agitation mécanique.
Les dilutions étant exponentielles, le volume de culture évoluera rapidement

A titre d' exemple, si on part d'une souche de 0 ,15 litres,
  • avec un taux de croissance de croissance de 30%, on pourrait avoir: - V # 390 litres en 30 jours environ, 1.000 litres en 35 jours et 6.200 litres en 41 jours.
  • avec un taux de croissance de 25 %, on aurait : - V # 121 litres en 30 jours et 6.200 litres en 48 jours.

N.B. : il s'agit de chiffres assez théoriques car on ne connaît jamais bien le taux de croissance d'une culture en cours de développement, ce taux dépendant de facteurs comme la température et l'éclairement.


3 - Deuxième type de formulation à préparer
(Constitution du liquide nourricier pour l'entretien)
Voir J.P.Jourdan ref (1) pge 22).

- L'entretien d'un bassin qui commence à être récolté doit tenir compte des intrants qui disparaissent du bassin pour avoir été consommés par la spiruline.
- L'expérience montre qu'il ne faut pas "rationner" la spiruline : des ravitaillements fréquents et fractionnés sont préférables à une nourriture importante mais tardive.
- C'est même probablement en fonction d'une consommation correspondant à la productivité "souhaitée"de la spiruline, et non à la production réellement observée, qu'il faut déterminer les intrants à remettre journellement dans un bassin.
- Après chaque récolte de 1 kg de spiruline dans un bassin, il faut reconstituer le milieu nutritif qui s'est appauvri.
Deux sortes de nourriture doivent être prévues :

A Une nourriture obligatoire : il faut redonner au bassin les éléments perdus comme l'azote, le phosphore, le potassium, le fer, le magnésium. (voir le § A ci-dessous)

B Une nourriture non obligatoire : la nourriture carbonée.
Si on n'apporte pas cette nourriture carbonée, la spiruline se contentera du carbone apporté par le gaz carbonique de l'air ; la productivité sera faible (# 4 g/m²/j)
On a donc intérêt à amener un supplément de carbone pour produire plus.

3 méthodes :
  • L'emploi de bicarbonate est ce qu'il y a de mieux quand on en trouve à un prix acceptable (cas de Philippe et Estelle Calamand, en France).
  • L'emploi du gaz carbonique en bouteille est un peu moins cher (au Bénin) que le bicarbonate et donne satisfaction si on observe de nombreuses précautions (réglage des débits, dispersion efficace du gaz, étanchéité des cloches, propreté des cloches, …)
  • L'emploi de sucre est possible : méthode facile et bon marché. En contre-partie, risques signalés de pollution des bassins (boues ou milieu trouble). Il faut cependant faire cette expérience.

N.B. : il s'agit de chiffres assez théoriques car on ne connaît jamais bien le taux de croissance d'une culture en cours de développement, ce taux dépendant de facteurs comme la température et l'éclairement.


(l'emploi de gaz carbonique et de sucre sont développés plus loin : § B)


A Une nourriture obligatoire :(III - 6)
La composition élémentaire de la spiruline permet de calculer ce qu'il faut remettre dans le bassin chaque fois qu'on récolte 1 kilo de spiruline (compté en sec)
Composition élémentaire de la spiruline
Carbone 468 g/kg # 47 %
Azote 120 # 12 %
Potassium 15 # 1,5 %
Phosphore 9
Soufre 6
Magnésium 0,3
Fer 1 (par exemple, les teneurs en fer varient de 450 mg/kg à 1.800 mg/ kg ) J.Falquet

TABLEAU II
VARIANTE 1 2 3 4
Par kg de spiruline récoltée gr gr gr gr
Urée 350 350 220 350
Phosphate trisodique 150 150
Phosphate trisodique 170
Sulfate dipotassique 30 30
Nitrate de sodium 385
Nitrate de potasse 35 35
Sulfate de magnésium (sel d'Epsom) 30 30 30 30
Sulfate de fer (solution à 5 g de sulfate/ litre - voir détails ci-après) 1 litre 1 litre 1 litre 1 litre
Chaux 10 10 10 10

(Les variantes tiennent compte de la disponibilité en phosphates ou en sulfate ; par exemple, si on a du nitrate de potasse, il n'est pas nécessaire d'employer du sulfate de potasse.


Introduction du fer

Rappelons que la teneur en fer de la spiruline est très variable : elle va de 450 mg/kg à 1.800 mg/kg selon les publications.
L'objectif recherché est, dans notre cas, de récolter de la spiruline très riche en fer : 1.000 mg/kg.
  • 1 litre de solution de sulfate de fer à 5 g/ litre (comptés en sulfate) contient : 56 / 178 x 5 = 1,01g de fer (Fe)/litre
.C'est donc cette quantité qu'il faut ajouter au bassin pour chaque kg de spiruline récoltée.
Pour stabiliser cette solution de sulfate ferreux:
- on lui ajoute 5ml d'acide chlorhydrique concentré.
- On introduit ensuite cette solution dans le bassin (agité) en goutte à goutte. La dispersion est immédiate et l'assimilation par les filaments de spiruline bien mieux assurée.

Le goutte à goutte peut être réalisé avec une bouteille renversée, contenant la solution de sulfate de fer, dont le bouchon est traversé par deux aiguilles, l'une débouchant près du fond et assurant l'écoulement du liquide, l'autre débouchant dans la phase gaz et permettant la rentrée d'air. C'est le dispositif des perfusions.

- Autre formulation du fer : ajouter le fer sous forme chélaté, à l'aide d'une solution commerciale de Ferfol (contenant 13% de fer chélaté à l'EDTA ; ou de Sequestrène 10 SG (contenant 6 % de fer chélaté avec le EDDHA) 10ref.
Remarque :
JPJ préconise d'ajouter /kg de spiruline (pge 23) 50 ml de solution de fer à 10 g/l, solution qu'il réalise avec 50 g de sulfate dissous /litre ;
50 ml amènent 0.05 * 50 = 2.5 g de sulfate (la moitié de ce que nous préconisons, puisque on ajoute 1 litre contenant 5 g de sulfate)
Autre calcul :
Sulfate,(Epsom) M = 278 ; Fe = 56 ; 50 g de sulfate amènent 50*(56/278) = 10.07 g de Fe (OK) /litre
En reprenant 50 ml de cette solution, on apporte donc 0.050 * 10.07 = 0.50 g de Fe/kg de spiruline.
En préconisant 1 litre de solution à 5 g de sulfate /litre, ce qui introduit 56 / 178 x 5 = 1,01g de fer (Fe)/kg de spiruline.

on se trouve donc au double de J.P.J.
Mais cette quantité correspond à ce qu'on veut obtenir dans la spiruline (1000 mg/kg)

-------------
10ref (1) pge 29


B
La nourriture non obligatoire :
On peut se borner à un apport d'éléments minéraux, comme ci-dessus.
La spiruline devra alors "tirer" son carbone du gaz carbonique de l'atmosphère.
Mais la teneur en CO2 y est très faible (0,03 % en volume), ce qui limite la productivité de la spiruline à 3-4 g/m²/jour.
Pour augmenter la productivité, il faut supplémenter le CO2 de l'air soit par du bicarbonate, soit par du gaz carbonique, soit encore par du sucre.

Pour produire plus de 4 g/j/m² de spiruline, on doit apporter du carbone:

3 méthodes principales :
a / par du bicarbonate
calcul théorique
1.000 g de spiruline contiennent # 470 g de carbone.
En passant de 4 g à 8,5 g /m²/j, on gagne 4 ,5 g de spiruline. Le poids moléculaire du bicarbonate de sodium est 84.
soit : 84 / 12 x 4,5 x 0,47 = 14,8 g de bicarbonate à utiliser pour 4 g de spiruline au départ
soit:14,8 / 4 x 1000 = 3.700g de bicarbonate en plus du CO2 atmosphérique.

L'expérience montre (courbes dressées par J.P.J (ref (1) pge 89) qu'il faut 4,3 kg de bicarbonate pour obtenir une productivité de 8,5 g/m²/j (et même plus de 5 kg pour une productivité de 10 g/m²/j) par suite des purges qu'il faut pratiquer pour maintenir la salinité à un niveau acceptable.

Le bicarbonate est trop cher au Bénin pour qu'on puisse s'en servir régulièrement comme nourriture carbonée : 4.3 kg de bicarbonate à 610 FCFA/kg font une dépense de 2.625 FCFA/kg de spiruline.

b / par du gaz carbonique
Le gaz carbonique coûte 880 FCFA/kg + TVA (18 %) soit # 1.040 FCFA /kg

Calcul de la consommation:
La spiruline contient 47 % de carbone
Pour passer de 4 g à 8.5 g/m²/j, il faut apporter le carbone contenu dans 4.5 g de spiruline 4.5 x 0.47 = 2.12 g de carbone
CO2 : poids moléculaire : 44 g ; contenu en carbone : 12/44=0,27
Pour amener 2.12 g de carbone, il faut 2,12/0,27=7,77g de gaz
Ceci pour une quantité totale de spiruline égale à 8.5 g (dont 4 g ex gaz carbonique de l'atmosphère + 4.5 g ex gaz carbonique de bouteille)
Soit 7,77/8,5x1000=915g de C02
Dépense de gaz carbonique : 0.915 x 1.040 = 952 FCFA /kg de spiruline.

Autre calcul :
On considère comme négligeable le gaz carbonique atmosphérique et on rapporte les 7.77 g de gaz à 4.5 g de spiruline et non à 8.5 g. Ce qui donne 7,77/4,5x1000=1723g de C02
( J.P.J. indique : théorie = 1.71 kg de CO2 /kg de spiruline. C'est le même chiffre.
En pratique, le rendement d'absorption étant faible, il faut compter 2 kg de gaz/kg de spiruline.
Dépense : 2 x 1.040 = 2.080 FCFA/kg de spiruline
Soit 20 % de moins qu'avec du bicarbonate.

(Voir J.P.J ref (1) pge 30)
Le gaz est amené sous un morceau de film plastique tendu sur un cadre flottant sur le bassin, formant comme une "cloche" quand le gaz s'y accumule.
La surface du cadre flottant doit être de 3 % de la surface du bassin. On règle le débit de gaz pour ne pas en perdre trop par les bords du cadre.
Eviter l'entrée de bulles d'air et purger une fois par jour l'oxygène qui s'accumule sous le plastique.
On a intérêt à faire buller le gaz au fond du bassin à travers un diffuseur donnant des bulles très fines, ou même au bas d'un puits pratiqué au fond du bassin (si la hauteur de barbotage est supérieure à: 30 cm on peut se passer de la cloche flottante en film plastique).
A noter qu'on obtient un meilleur rendement d'absorption du CO2 la nuit en raison de l'absence de dégagement d'oxygène dans le milieu de culture "

Détendeur :
Les bouteilles de gaz carbonique ont un volume en eau de 40 litres ; le poids de gaz liquéfié est de 20 kg et la tare est de 60 kg, ce qui donne un poids de 80 kg pour une bouteille pleine.
Les pressions de vapeur du CO2 liquide sont les suivantes :
TABLEAU II - Les pressions de vapeur du CO2 liquide
Pression atmosphérique Température
0 34,4
20 56,5
24 62
28 68
31 72

La pression interne montant vite avec la température, il faut impérativement protéger les bouteilles du soleil en les abritant dans des armoires bien isolées et ventilées.

Détendeur utilisé : détendeur rotamètre Eurofro (2 à 20 l/min)(Air Liquide)
Vendeur : Galeix Marseille B.P. 128 F 13321 Marseille. Coût unitaire : 550 FF (HT)

En conclusion, le gaz carbonique est un peu moins cher que le bicarbonate, à condition cependant que le CO2 soit injecté efficacement.
Une autre condition est de pouvoir être livré régulièrement en bouteilles de gaz carbonique. Ce dernier est un sous-produit de la fabrication de la bière.
D'une part on constate que les brasseries ne peuvent souvent pas suivre la demande.
D'autre part les brasseries étant le plus souvent situées dans les grandes villes, le prix du gaz carbonique deviendra vite trop cher pour les fermes de spiruline éloignées de celles-ci.

Faute de gaz carbonique, on peut introduire le carbone nécessaire à la spiruline sous forme de sucre.

c / par du sucre
Le sucre ne nourrit probablement pas directement la spiruline ; hypothèse : en fermentant dans le bassin il donne du CO2 et c'est ce CO2 qui nourrit la spiruline par photosynthèse.
(voir Manuel de J.P.J. pges 30-31)
" ajouter le sucre le matin, les jours de beau temps seulement, afin de ne pas provoquer d'odeurs de fermentation,
………......................……..
" Pour que le sucre puisse fermenter en produisant du CO
2, il est nécessaire que le pH soit inférieur à 10,8.
" Si les ferments ont été stérilisés par un pH supérieur à 11, réensemencer la culture avec un "levain" prélevé sur un autre bassin.
" Commencer à "sucrer" dès que le pH atteint 10,4 ; régler ensuite l'apport de sucre pour maintenir le pH autour de 10,4
" Une dose moyenne de 0,7 kg/kg de spiruline suffit en général, par beau temps et sans ombrage "
" Le sucre peut être remplacé par de la canne à sucre écrasée, à raison de 7 kg/kg de sucre (laisser tremper la canne une journée ou plus dans le bassin puis la retirer) ou par du jus de canne "


En contre partie J.P.Jourdan signale que le sucre à forte dose augmente la turbidité du milieu et fausse la lecture du disque de Secchi. " une culture au sucre est moins propre : elle donne plus de boues et la filtration est moins rapide "

Discussion
La transformation du sucre en gaz carbonique se fait sans doute suivant deux schémas :
par fermentation,
et par oxydation.


a - Le saccharose peut être transformé par fermentation ; il y a alors production d'un alcool (l'éthanol), (voire, dans certaines circonstances, d'un glycérol), et de CO2.
saccharose --> (glucose + fructose)--> éthanol + CO2
C12H22O11 + H2O -->2 C6H12O6 --> 4 C2H5OH + 4CO2
Classiquement, la fermentation est une transformation à l'abri de l'air, une anaérobiose. (ex : le vin) Mais il y a des levures capables de travailler en présence d'air.
b - Le saccharose peut aussi être transformé par oxydation : ce serait alors le cas des bassins de spiruline :le milieu est en effet très oxydant vu la forte aération du bassin due à son agitation et vu le dégagement d'oxygène résultant de la photosynthèse. On est en aérobiose. Cette réaction d'oxydation conduit aussi au gaz carbonique, mais probablement sans le sous-produit qu'est l'alcool.
Si c'est de la bio-chimie, de l'aérobiose, il y a probablement des micro-organismes responsables de cette transformation. Il peut s'agir aussi d'une réaction chimique d'oxydation due à la puissance de l'oxygène naissant.

Les deux processus sont possibles . On sait en effet :
·

  • que la transformation des sucres en alcool et CO2, par fermentation, se déroule &agrage; l'absence d'oxygène, due à des levures qui demeurent parfaitement vivantes, se multipliant même,·
  • que ces mêmes levures peuvent vivre et se multiplier en aérobiose, " mais les sucres sont alors complètement oxydés en CO2 (l'alcool ne s'accumulant pas) et la quantité de sucre consommé par une même quantité de levures pendant une même période est beaucoup plus faible qu'en anaérobiose. "


- La fermentation se produirait la nuit, pendant la respiration, en l'absence de lumière.
- L'oxydation interviendrait la journée, pendant la photosynthèse.

Si l'oxydation du sucre en CO2 est quantitative, les chiffres théoriques suivants sont plausibles :
% de carbone du saccharose : 144 / 342,3 x 100 = 42,1
% de carbone de la spiruline = 47
soit 0,47 / 0,421 x 1000 = 1116g de sucre pour 1 kg de spiruline.

En pratique, si l'on veut passer de 4 g/m²/j (obtenus avec le seul gaz carbonique atmosphérique) à 8.5 g/m²/j, il faut ajouter 4.5 x 0.47 = 2.12 g de carbone, soit 212 / 0,421 = 5,04g de sucre pour 8,5 g de spiruline.
Soit 5,04 / 8,5 x 1000 = 592,5g de sucre pour 1 kg de spiruline. (# 0.6 kg de sucre/kg de spiruline)

Pour éviter les ennuis signalés (boues) on commencera par 0.6 kg de sucre à ajouter en même temps que la nourriture minérale chaque fois qu'on a récolté 1 kg de spiruline.
Dans la pratique, (J.P. Jourdan) il est prudent de commencer avec une dose moitié (0.3)

Résumé

Milieu neuf
Démarrage à partir d'une souche de Paracas

  • Tableau 1(variante 1') Croissance de la souche dans des volumes de plus en plus grands
  • Tableau 1 (variante 2 ou 3)


Entretien
Nourriture obligatoire

  • Tableau 2
    Nourriture carbonée
    A partir de gaz carbonique :
    2 kg de CO2 /kg de spiruline
    A partir de sucre
    0,6 kg de sucre / kg de spiruline
    (ou , pour commencer, par précaution , 0.3 kg de sucre /kg de spiruline

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