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PLACE DE LA SPIRULINE DANS LE MONDE VIVANT
Généralité sur les Cyanobactéries
Le groupe des Cyanobactéries, anciennement appelées algues bleues puis Cyanophycées, est constitué de bactéries capables de photosynthèse avec production d’oxygène. Le terme cyanobactérie (du grec cyano = bleu) indique la présence dans cet organisme de la phycocyanine, un pigment photosynthétique accessoire bleu (Golubic, 1993). Une des caractéristiques des Cyanobactéries est la présence de thylakoides, siège de la photosynthèse, recouverts de granules protéiques associées à une partie pigmentaire. Cet ensemble constitue les phycobiliproteines. Outre la photosynthèse, ils assurent deux autres fonctions : la respiration et, chez certaines espèces, la fixation de l’azote atmosphérique. Ce groupe est le plus ancien organisme connu sur la planète terre. La plupart des procaryotes fossiles de la fin du protérozoïque seraient des Cyanobactéries. Des recherches en Afrique du Sud ont permis la découverte de fossiles de Cyanobactéries datant de 3,5 milliards d’années (Durand-Chastel, 1993). Elles ont permis l’introduction de l’oxygène indispensable à la vie dans une atmosphère de gaz irrespirable. Ainsi, elles seraient à l’origine de la vie sur la planète (Durand-Chastel, 1993).
Les Cyanobactéries peuvent être unicellulaires ( Aphanocapsa raspigellae) ou filamenteuses ; dans ce dernier cas, leurs cellules s’agglomèrent en amas de type colonies maintenues ensemble par une gelée extracellulaire (Merismopédia affixa), ou le plus souvent, en filaments composés de cellules alignées que l’on appelle « trichome » non ramifiées ( Spirulina gigantea, Nostoc commune) ou bien en filaments ramifiés (Rivularia atra). La taille des cellules de cyanobactéries varie de 1 à 10 µm. Leur paroi est de type Gram-négatif classique. Les éléments nucléaires des cellules ne sont pas entourés par des membranes nucléaires ; ce sont de vrais procaryotes. Beaucoup de Cyanobactéries, surtout parmi les filamenteuses, sont capables de fixer l’azote atmosphérique grâce à la présence d’une enzyme, la nitrogénase.
La plupart des cyanobactéries sont capables de se déplacer soit à l’aide de vésicules gazeuses, soit par glissement grâce à des microfibr illes.
La Spiruline
Classification
La Spiruline était à l’origine considérée comme unealgue. Cependant, en 1960 une claire distinction entre procaryote et eucaryote a été définie, basée sur la différence d’organisation cellulaire : les procaryotes regroupent les organismes dépourvus de compartiment cellulaire tandis que les eucaryotes regroupent ceux qui possèdent des organelles c’est à dire des nucléoles et des mitochondries (Durand-Chastel, 1993). En 1962, Stanier et al (Stanier, 1974 ; Stanier et Van Niel C. B., 1962) constataient que cette algue bleue-verte était dépourvue de compartiments cellulaires, et donc faisait partie des procaryotes ; ils proposaient de désigner ce microorganisme «Cyanobactérie». Cette nouvelle dési gnation est finalement acceptée et figure pour la première fois au «Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology en 1974» (Stanier, 1974 in Durand-Chas tel, 1993).
On la classe donc selon Ripley Fox (1999a) dans :
Règne Monera
Groupe ou Sous Règne des Procaryotes
Embranchement des Cyanophyta
Classe des Cyanophyceae
Ordre des Nostocales (= Oscillatoriales)
Les Nostocales sont des cyanophycées filamenteuses, unisériées, ramifiées (fausses ramifications simples ou géminées) ou non ramifiées. Elles se multiplient le plus souvent par hormogonies pluricellulaires et parfois par akinètes.
Famille des Oscillatoriaceae
Les Oscillatoriaceae se caractérisent par : des trichomes cylindriques, unisériées, simples, qui sont atténués parfois à l’apex par une courbure ou par la présence d’une coiffe, mais jamais en poils articulés. Les trichomes sont nus ou pourvus d’une gaine. Il n’y a pas de ramification et pas d’hétérocyste.
Genre Oscillatoria
Les trichomes sont libres, solitaires et dépourvus de gaine. Ils sont droits ou flexueux et parfois tordus en une hélice régulière.
Jarisoa T Culture de la Spiruline en eau de mer
Sous genre Spirulina
On peut considérer Spirulina comme sous genre d’Oscillatoria, car elle diffère seulement par l’enroulement hélicoïdal du trichome.Chez Spirulina, les trichomes sont régulièrement enroulés en hélice plus ou moinsserrée et leurs cloisons sont plus ou moins visibles.
Sous genre Arthrospira
Le trichome est de grande taille et les cloisons sont bien marquées.
Cette micro algue change de forme en fonction des caractéristiques physiques et chimiques du milieu dans lequel on la trouve. Mais on remarque aussi que dans un même milieu on trouve des variétés des formes (Rich, 1931 in Fox, 1999a). C’est peut être là l’origine de la confusion entre les te rmes Spirulina et Arthrospira.
Spirulina ou Arthrospira ?
En 1930, un botaniste allemand Geitler, publiait une taxonomie des Cyanobactéries, dans laquelle il proposait de combiner toutes les espèces formées de filaments enroulés en hélice en un seul genre Spirulina (Geitler, 1932). Or Guglielmi et al. (1993 in Durand-Chastel, 1993) relèvent que Gomont (1892) avait défini deux genres séparés Arthrospira et Spirulina . Le même auteur ajoute qu’une analyse sérieuse des propriétés morphologique et phylogénétique de deux Cyanobactéries de collectioncultivées à l’Institut Pasteur, remettait en question la décision taxonomique de Geitler. La « Spirulina » comestible (Ciferri et al., 1993), la plus commune identifiée comme Spirulina platensis avait peu de caractère commun avec les autres espèces plus petites telle que Spirulina major. Cette raison conduit l’auteur à désigner de préférenceSpirulina platensis en Arthrospira platensis.
En fait, dans la littérature, on trouve des confusions de termes tels que Spiruline, Spirulina et Arthrospira. Ces confusions proviennent des disparités entre la détermination scientifique et la dénomination commerciale de ces Cyanobactéries. En effet, Antenna Technologie a proposé les définitions suivantes: Spiruline est le nom commercial d’une cyanobactérie alimentaire du genre Arthrospira. Alors que Spirulina est d’une part le nom commercial anglais d’une Cyanobactérie alimentaire du genre Arthrospira, d’autre part le nom scientifique d’un genre de Cyanobactérie assez éloigné d’Arthrospira comme Spirulina subalsa, Spirulina major, dont aucune n’a été testée scientifiquement sous l’angle de l’alimentation humaine. Enfin Arthrospira est le nom scientifique d’un genre de Cyanobactérie éloigné du genre Spirulina qui comprend l’ensemble des Cyanobactéries alimentaires vendues sous le nom de Spiruline (Spirulina en anglais).
Tomaselli (1997 in Palinska et al., 1998) ont de mê me désigné Arthrospira sous la dénomination commerciale Spirulina. C’est actuellement le microorganisme photosynthétique le plus cultivé industriellement. Carlos Jiménez et al (2003) ont également souligné que si aujourd’hui le nom générique correct de plusieurs espèces et souches cultivées à des fins industrielles semble être Arthrospira, historiquement et commercialement le nom Spirulina est utilisé de façon universelle.
Morphologie
La Spiruline a une longueur moyenne de 250 µm quand elle possède 7 spires. Elle est composée de filaments mobiles (de 10 à 12 µm de diamètre) non ramifiés et enroulés en spirales, qui ressemble à un minuscule ressort à boudin, d’où le nom de «Spiruline» (Geitler, 1932). On trouve cependant de s Spirulines ondulées et parfois droites (Figure 1).
Jarisoa T Culture de la Spiruline en eau de mer : 0,02 mm
Forme spiralée (type « Toliara ») : 0,1 mm
Forme ondulée (type « Paracas ») : 0,1 mm
Forme spiralée (type « Lonar ») : 0,1 mm
Forme droite (type « M2 »)
Figure 1 : Morphologies typiques de Spiruline
Source : Antenna Technologie modifiée
Ces différentes formes dépendent des conditions écologiques dans lesquelles vivent les Spirulines. Une étude (basée sur la caractérisation moléculaire de l’ITS [Internally Transcribed Space] de l’opéron ARN ribosomal) portant sur la diversité génétique de 51 souches d’Arthrospira provenant de 4 continents arrive à la conclusion que les génotypes sont très conservés et correspondent peut-être à une ou deux espèces génétiques (Wilmotte et al., 2004). Cela laisse supposer que le nombre d’espèces du genre est réduit.
Bio-Ecologie
La Spiruline est composée de cellules transparentes empilées bout à bout pour former un filament ou trichome enroulé en forme hélicoïdale. Cette rotation du trichome sur lui-même se fait suivant un sens déter miné, dans le sens des aiguilles d’une montre, si on regarde par-dessus la spirale en descendant (Jourdan, 1999).
Elle semble avoir une valeur spécifique mais la cause en reste indéterminée. Grâce à cette morphologie, elle se déplace dans l’eau en adoptant le mouvement d’une vis. Le cycle biologique de la Spiruline selon Balloni et al. (1980 in Ravelo, 2001) est le suivant (Figure 2) : un filament en maturité forme des cellules spéciales appelées nécridies, des disques de séparation biconcaves. Au niveau de ces cellules le trichome se fragmente pour donner naissance à de nouveaux individus de courtes chaînes (2 à 4 cellules) appelées hormogonies. Par division binaire des cellules, les hormogonies croissent en longueur et prennent la forme typiquement hélicoïdale. Dans les conditions expérimentales, le temps de génération maximal de la Spiruline est voisin de 7 heures (Zarrouk, 1966).
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Table des matières
1 INTRODUCTION GENERALE
2 PLACE DE LA SPIRULINE DANS LE MONDE VIVANT
2.1 Généralité sur les Cyanobactéries
2.2 La Spiruline
2.2.1 Classification
2.2.2 Morphologie
2.2.3 Bio-Ecologie
2.3 Les gisements naturels dans le monde
2.4 La Spiruline et la malnutrition
2.4.1 Les causes de la malnutrition
2.4.2 Les différentes formes de malnutrition
2.4.3 Cultures pour lutter contre la malnutrition
2.5 Cultures industrielles
2.5.1 Systèmes de production
2.5.2 Les sites de production
3 LA CULTURE DE SPIRULINE EN EAU DE MER
3.1 Contexte
3.2 Données climatiques de Toliara durant la période d’étude
3.3 Méthodologie
3.3.1 Construction des bassins
3.3.2 Préparations des milieux de culture
3.3.3 Les souches de Spiruline utilisées
3.3.4 Préparation des souches avant inoculation dans les milieux de culture
3.3.5 Condition de culture
3.3.6 Suivi de la qualité du milieu de culture
3.3.7 Mesure de la biomasse des Spirulines.
3.3.8 La récolte
3.3.9 Calcul de la productivité
3.3.10 Bilan d’azote et du phosphore
4 RESULTATS DES CULTURES EXPERIMENTALES
4.1 Faisabilité de la culture en eau de mer
4.1.1 Traitement de la culture
4.1.2 Paramètres physiques et chimiques
4.1.3 Evolution de la biomass
4.1.4 Taux de croissance et de production
4.1.5 Récoltes
4.1.6 Qualité de la Spiruline produite en eau de mer
4.1.7 Conclusion
4.2 Comparaison entre les milieux en eau saumâtre et de mer
4.2.1 Culture en flacons de 5 litres (2002)
4.2.2 Culture en bassins de 10 m2(2003-2004)
4.2.3 Effet du traitement de l’eau de mer sur la croissance de la Spiruline
4.3 Discussion
4.3.1 Comparaison de nos résultats avec ceux de la littérature
4.3.2 Analyse de la productivité expérimentale à Toliara
4.3.3 Bilans de N et P dans les milieux de culture
4.4 Conclusions sur les cultures expérimentales
5 CULTURE A L’ECHELLE DES COMMUNAUTES VILLAGEOISES.
5.1 Méthodologie
5.2 Résultats
5.2.1 Structure des communautés villageoises
5.2.2 La malnutrition à Madagascar
5.2.3 Evaluation du coût d’une exploitation à l’échelle villageoise
5.2.4 Stratégie proposée
5.2.5 Lancement d’une culture pilote
5.2.6 Formation
5.2.7 Démarrage de la culture familiale
5.2.8 Compatibilité avec la structure du village
5.2.9 Coût d’une ferme pilote
5.2.10 Devenir à long terme de la ferme familiale
5.2.11 Un projet à l’échelle régionale
6 CONCLUSIONS GENERALES ET RECOMMANDATIONS
7 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
8 ANNEXES
8.1 Annexe 1 : Sites naturels de Spiruline
8.1.1 Au Tchad
8.1.2 Au Mexique
8.1.3 A Madagascar
8.1.4 Au Pérou
8.1.5 En Birmanie
8.2 Annexe 2 : Culture de la Spiruline à des fins humanitaires
8.2.1 En Afrique
8.2.2 En Asie (Inde)
8.3 Annexe 3 : Les productions industrielles dans le monde
8.3.1 Dans des déserts de la zone tempérée
8.3.2 Au niveau du tropique du Cancer
8.3.3 Près de l’équateur
8.3.4 Au sud du tropique du Capricorne
8.4 Annexe 4 : La communauté villageoise de la région de Toliara.
8.4.1 Structure
8.4.2 Le pouvoir de décision au niveau villageois.
8.4.3 Les instances de gestion des problèmes
8.4.4 Pouvoir de transformation des sociétés villageoises
8.5 Annexe 5 : Détail d’évaluation de coût de la ferme pilote
8.5.1 Ferme pilote
8.5.2 Investissement de la culture pilote
8.5.3 Formations
8.5.4 Déplacement
8.5.5 Investissement des cultures familiales
8.5.6 Coût du personnel
8.6 Annexe 6 : Détail de calcul du coût de projet régional
8.6.1 Culture pilote dans les villages cibles
8.6.2 Charge de personnel
8.6.3 Equipements
8.6.4 Coût de formations
8.6.5 Coût de déplacement
8.7 Annexe 7 : Glossaire
8.8 Annexe 8 : Photos d’illustration des expériences réalisées à Toliara
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