Methane production from Sargassum muticum (Ochrophyta, Phaeophyceae): Modeling by experimental design methodology of the influence of size and inoculum/substrate ratio

Production de méthane à partir de Sargassum muticum (Ochrophyta, Phaeophyceae) : modélisation par la méthodologie des plans d’expériences de l’influence de la taille et du rapport inoculum/substrat

¹ Univ. Bretagne Sud, UMR CNRS 6027, IRDL, F-56300 Pontivy, France
² Univ. Bretagne Sud, EA 3884, LBCM, IUEM, F-56000 Vannes, France

Abstract

Marine macroalgae are present in the ocean and more particularly in the coastal zone. Their distribution is related to biotic and abiotic factors. Considered as sustainable raw materials for a wide range of value-added products and energy production, they are valued in the fields of human and plant health, agriculture, food or construction (Baghel et al., 2020). Since 2011, large rafts of brown algae of the genus Sargassum have been observed, causing strandings in West Africa, throughout the Caribbean basin and the Gulf of Mexico. These include the species S. fluitans and S. natans. Faced with this recurring phenomenon of massive seaweed strandings, the French State has made a strong commitment to the fight against these phenomena: after a first crisis management plan in 2018, a second plan (2022-2025) was deployed with a view in particular to better prevention, health monitoring and the recovery of collected algae. In Guadeloupe, there are still around 116,000 m3 of sargassum stranded each year (ADEME in Guadeloupe, 2018). At present, valorization, which is very partial (90% of the algae collected is stored without use), is mainly done by composting or manufacturing biomaterials. This untapped biomass could be valorized in the energy sector by Anaerobic Digestion (AD) for the production of a gas rich in methane (anr.fr/Projet-ANR-19-SARG-0009 “Valorisation agro-énergétique des Sargasses – SAVE”). The objective of this study is to perform AD experiments with S. muticum as a substrate, a brown alga with characteristics similar to the previously mentioned stranded species, in order to assess their Bio-Methanogenic Potential (BMP), define the experimental conditions of AD, and to propose, in the long term, an energy recovery of the co-products resulting from the biorefining of seaweed stranded or harvested at sea.

Résumé

Les macroalgues marines sont présentes dans l’océan et plus particulièrement en zone côtière. Leur répartition est liée aux facteurs biotiques et abiotiques. Considérées comme des matières premières durables pour une large gamme de produits à valeur ajoutée et la production d’énergie, elles sont valorisées dans les domaines de la santé humaine et végétale, de l’agriculture, de l’alimentation ou de la construction (Baghel et al., 2020). Depuis 2011, d’importants radeaux d’algues brunes du genre Sargassum sont observés, provoquant des échouages en Afrique de l’Ouest, dans tout le bassin caraïbe et du golfe du Mexique. Il s’agit notamment des espèces S. fluitans et S. natans. Face à ce phénomène récurrent d’échouements massifs d’algues, l’État français s’est engagé fortement dans la lutte contre ces phénomènes : après un premier plan de gestion de crise en 2018, un second plan (2022-2025) a été déployé en vue notamment d’une meilleure prévention, d’une surveillance sanitaire et en matière de valorisation des algues collectées. En Guadeloupe, on note encore chaque année environ 116.000 m³ de sargasses échoués (ADEME en Guadeloupe, 2018). À l’heure actuelle, la valorisation, très partielle (90% des algues collectées sont stockées sans usage), se fait principalement par compostage ou fabrication de biomatériaux. Cette biomasse inexploitée pourrait être valorisée dans le secteur énergétique par Digestion Anaérobie (DA) pour la production d’un gaz riche en méthane (anr.fr/Projet-ANR-19-SARG-0009 « Valorisation agro-énergétique des Sargasses – SAVE »). L’objectif de cette étude consiste à effectuer des expérimentations de DA avec comme substrat S. muticum, une algue brune portant des caractéristiques similaires aux espèces échouées mentionnées précédemment, afin d’évaluer leur Potentiel Bio-Méthanogène (BMP), définir les conditions expérimentales de méthanisation, et de proposer, à terme, une valorisation énergétique des coproduits issus du bioraffinage d’algues échouées ou récoltées en mer.