1.2.1
Demande en énergie croissante et augmentation des gaz à effet de serre
Depuis la seconde guerre mondiale, la part du pétrole dans la consommation totale d’énergie n’a cessé de croître suite à une expansion galopante de la demande en énergie. En effet, le pétrole est devenu la matière première minérale couramment utilisée pour la fabrication de plastiques, textiles, résines etc. Au rythme actuel, les prévisions s'accordent sur un début de décroissance de la production mondiale de combustibles fossiles entre 2010 et 2050 et un épuisement des réserves au cours du prochain siècle. L’utilisation des réserves pétrolières a des effets nocifs sur la santé humaine et sur l’environnement puisque la combustion de pétrole rejette des gaz polluants dans l’atmosphère, le CO2 étant le principal GES (GIEC, 2007). Actuellement, lesémissions de GES au Canada sont estimées à 702 mégatonnes d’équivalent dioxyde de carbone (Mt d’éq. CO2), soit une augmentation d’environ 1 Mt (0,14%) par rapport au niveau de 2010, qui
était de 701 Mt. Ce gaz une fois dans l’atmosphère cause divers problème environnementaux : acidification, changements climatiques, etc. En moyenne, chaque citoyen canadien produit 23,6 t de GES par année. Cette production est quatre fois plus que la moyenne mondiale.
Pour faire face à ces enjeux environnementaux, des efforts ont été faits pour diminuer les émissions de GES et une réduction de 36 Mt (4,8%) a été observée au Canada depuis 2005. Cette baisse est attribuable à des améliorations de l’efficacité, à la modernisation des procédés industriels et à des changements structurels dans la composition de l’économie, qui représentent des tendances à long terme ayant un impact croissant sur les émissions depuis la fin des années 1990. Le défi à relever est non seulement en prévision de l’épuisement du pétrole et dans le but de réduire les émissions de GES, mais aussi pour trouver des sources d’énergie de substitution renouvelables afin d’éviter, entre autres, les conséquences de tensions économiques et politiques avec les pays producteurs (comme ce fut le cas lors des chocs pétroliers de 1973 et de 1981).
1.2.2
Pénurie des terres arables et augmentation du coût de production
Les huiles végétales sont une des ressources renouvelables les plus utilisées pour la production de biodiesl, mais on vise de plus en plus à minimiser leur utilisation pour plusieurs raisons. Entre autres, leur culture monopolise d’énormes superficies de terres arables. En effet, simplement pour remplacer 4% de la demande mondiale en carburants du secteur des transports, une superficie de terres arables équivalente à la France et l’Espagne combinés (AIE, 2006) serait nécessaire. Par exemple, les États-Unis consomment annuellement 0,53 milliards de mètres cubes de diesel. Afin de satisfaire à ces besoins, il serait nécessaire de cultiver des palmiers à
huile sur une superficie de 111 millions d’hectares, ce qui équivaut à 61% de toutes les terres agricoles des États-Unis (Chisti, 2007). En Asie, pratiquement 3 millions d’hectares de forêt sont convertis annuellement pour la production d’huile de palme (Gonzales, 2008). D'autre part, le recours à des cultures qui servent à l’alimentation humaine et animale à des fins industrielles pose plusieurs questions de nature éthique. Ainsi, l’augmentation des prix des produits agricoles de 75% observée depuis 2005 dans le monde rend ceux-ci moins accessibles pour tous (Gonzales, 2008). De plus, en favorisant des cultures spécifiques offrant un bon rendement en huile, les monocultures se répandent entraînant des effets néfastes sur les sols comme l’érosion, ainsi que la contamination des eaux de surface et souterraines due à l’augmentation de l’utilisation intensive de fertilisants et de pesticides. En raison des problèmes causés par l’utilisation des huiles végétales pour la production de biodiesel, le recours au biodiesel de deuxième et troisième génération est recommandé. En ce sens, les microalgues offrent un potentiel intéressant de remplacement des carburants conventionnels sans affecter les ressources alimentaires, la consommation d’eau et sans détériorer les sols cultivables (Chisti, 2007). En effet, les microalgues possèdent plusieurs avantages dont une importante capacité de production de biomasse par hectare, une fréquence de récolte élevée, une diminution de l’utilisation d’eau potable, ainsi qu’une plus faible émission de GES. Les lipides accumulés par les microalgues peuvent atteindre 80% de leur poids sec principalement sous forme de TAG. Ces derniers peuvent ensuite être utilisés pour produire du biodiesel. La croissance des microalgues est extrêmement rapide puisque certaines espèces peuvent doubler leur biomasse de une à trois fois en 24 h (Khan et al., 2009). D’autres candidats comme les champignons et les bactéries peuvent être des sources alternatives pour la production de TAG en présentant un temps de génération réduit et une forte adaptabilité aux manipulations génétiques (Meng et al., 2009; Vicente et al., 2004). De plus, leurs conditions de culture sont plus faciles à contrôler que pour les plantes (Widjaja et al., 2009). Ces avantages laissent présager un bel avenir aux microorganismes hétérotrophes pour la production de TAG qui pourront servir à produire du biodiesel répondant aux normes mondiales.
1.2.3
Coût prohibitif de la matière première du biodiesel
Actuellement, la demande annuelle mondiale en biodiesel est en croissance et on prévoit une augmentation de 41 milliards de litres (10,83 milliards de gallons) en 2019 (Annie, 2006). Les coûts reliés aux sources de carbone et d’azote (organique ou inorganique) sont estimés à 40% à 60% du coût total de production du biodiesel (Zhao et al., 2010). Ainsi, la production de biodiesel
est ultimement dépendante des ressources renouvelables dont il est issu, le coût de production pouvant être réduit de 80% selon la ressource utilisée (Haas et al., 2006).
1.2.4
Gestion et valorisation du glycérol brut
Le glycérol brut est un sous-produit de la réaction de transestérification représentant approximativement 10% du poids du biodiesel produit. Singhadhandhu et Tezuka (2010) ont rapporté qu’en Europe les coûts de la purification du glycérol brut sont d’environ 65 millions d’euros (Singhabhandhu & Tezuka, 2010). Par conséquent, la gestion des ces résidus pose problème. Cependant, le glycérol brut peut être utilisé pour fabriquer des produits pharmaceutiques, alimentaires, ainsi que pour la production d’éthanol et de savon (Choi et al., 2011; Johnson & Taconi, 2007). Une autre approche pour la revalorisation de glycérol brut est envisagée dans cette étude étant donné que ce substrat peut être utilisé comme source de carbone et d’énergie.