Chapitre 4 – Milieu de Culture

4) MILIEU DE CULTURE

[N.B. Les logiciels MEDFEED existent pour faciliter les calculs de milieux et de nourriture ; voir en fin de ce chapitre]

4.1) Préparation du milieu de culture

Les spirulines vivent dans une eau à la fois salée et alcaline. L’eau utilisée pour le milieu de culture doit être de préférence potable (mais ne sentant pas fortement le chlore) ou au moins filtrée (sur bougie filtrante ou filtre à sable) et parfois stérilisée aux UV, le plus important étant l’élimination des algues étrangères. L’eau de pluie, de source ou de forage est en général de qualité convenable. Si l’eau est dure, il se produira des boues minérales (plus ou moins abondantes selon la teneur en calcium, magnésium et fer), qui décanteraient rapidement et ne sont pas particulièrement gênantes pour la culture, à condition toutefois que l’ensemencement initial en spirulines soit assez concentré. Si l’eau est trop dure il vaut mieux la traiter pour éviter des boues gênantes.
Les limites d’alcalinité (ou basicité, les deux termes sont interchangeables) et de salinité permises sont assez larges mais on se place en général vers les minima, pour des raisons d’économie (sauf si la source d’alcali est très bon marché), avec une salinité totale de 13 g/litre et une alcalinité de 0,1 molécule-gramme/litre (b = 0,1) ; mais ces concentrations peuvent être doublées sans inconvénient. Il peut même être avantageux de travailler à une alcalinité double pour atténuer les fluctuations de pH dans l’après-midi, surtout en surface ou dans les angles du bassin quand l’agitation est déficiente. Un cas où b = 0,2 est préféré est celui du bassin ouvert démarré en saison sèche : la dilution par la pluie pourra ramener b vers 0,1 ou même en dessous pendant la saison des pluies.

L’alcalinité est habituellement apportée par du bicarbonate de sodium, mais ce dernier peut être remplacé en partie par de la soude caustique ou du carbonate de sodium qui ont d’ailleurs l’avantage de relever le pH initial du milieu de culture (par exemple 5 g/l de bicarbonate de sodium + 1,6 g/l de soude donnent un pH de 10) ; le carbonate de sodium ou la soude caustique peuvent même être la seule source d’alcalinité à condition de les bicarbonater au gaz carbonique ou par exposition à l’air avant usage [attention à ne pas confondre la soude caustique et les « cristaux de soude » du commerce qui sont du carbonate de sodium décahydraté]. Le natron ou trona peuvent aussi être utilisés (voir natron). La salinité complémentaire est apportée par les différents engrais et du sel (chlorure de sodium). Le sel de cuisine iodé et fluoré peut convenir mais souvent il contient jusqu’à 2 % de magnésie insoluble : mieux vaut utiliser un sel n’en contenant pas, pour éviter un excès de boues minérales. De même si le sel apporte trop de magnésium soluble (sulfate par exemple), il y aura formation de sels minéraux insolubles, surtout à pH assez élevé ; des boues minérales excessives peuvent être très gênantes pour une culture qu’on ensemence peu concentrée en spiruline : celle-ci est en effet facilement entraînée par les flocons de boues au fond du bassin sans qu’on puisse la récupérer. C’est aussi une raison qui milite pour ne pas ajouter de calcium en début de culture nouvelle. Par ailleurs l’emploi d’un sel peu raffiné peut être recommandé à cause de sa teneur en oligo-éléments bénéfiques.

En plus du sel et de la soude, le milieu de culture contient des engrais pour assurer la croissance des spirulines, comme en agriculture habituelle : azote (N), phosphore (P), potassium (K) sont les trois principaux éléments, mais soufre (S), calcium (Ca) et fer (Fe) doivent aussi être ajoutés s’ils ne sont pas apportés en quantité suffisante par l’eau, le sel et les engrais. Une analyse de l’eau et du sel est utile pour calculer la dose de Mg, Ca et Fe à ajouter car un excès de ces éléments peut être nocif (perte de phosphore soluble, formation de boues). L’eau, le sel et les engrais apportent souvent assez d’oligo-éléments (bore, zinc, cobalt, molybdène, cuivre, etc.), mais comme ceux-ci sont coûteux à analyser, on préfère, quand on le peut, ajouter systématiquement les oligo-éléments, au moins les principaux sauf le molybdène qui est toujours suffisant.

Les sources d’azote préférées des spirulines sont l’ammoniac et l’urée, mais ces produits sont toxiques au-delà d’une concentration limite (l’urée s’hydrolyse peu à peu en ammoniac). C’est pourquoi on préfère souvent, au moins lors de la préparation du milieu de culture, utiliser du nitrate, dont on peut mettre sans danger une forte dose, constituant ainsi une réserve d’azote à long terme. Les spirulines consommeront d’abord l’ammoniac ou l’urée s’il y en a de disponibles. Une légère odeur passagère d’ammoniac révèle qu’on s’approche de la limite autorisée ; une odeur persistante et forte indique qu’on l’a sûrement dépassée et qu’il faut s’attendre à un mauvais état de la culture (passager ou irréversible selon la dose d’ammoniac).

La spiruline nourrie longtemps à l’urée perd sa capacité à consommer le nitrate. Si on utilise une telle souche, il faudra donc démarrer la culture à l’urée mais sans dépasser les doses permises, c’est-à-dire qu’il faudra la mettre à petites doses fréquentes (en se guidant sur l’augmentation de la quantité de spiruline dans le bassin : mettre au maximum 0,3 grammes d’urée par gramme de spiruline présente).

Note : L’urée est le nom commun du carbamide ; certaines personnes confondant urée et urine, et pouvant éprouver une certaine répugnance à manger de la spiruline fabriquée avec de « l’urée », il peut être préférable, pour elles, de remplacer le terme « urée » par son synonyme scientifique : « carbamide », tout aussi correct mais moins évocateur. Cependant l’urée est un produit très propre et inodore, très employé en agriculture, et très généralement disponible dans le Tiers-Monde.

Le nitrate n’est pas réellement sans risque car il peut se transformer spontanément en ammoniac dans certaines conditions (en présence de sucre par exemple et sans doute d’exopolysaccharides sécrétés par la spiruline elle-même). Vice-versa l’ammoniac (issu de l’urée par exemple) s’oxyde plus ou moins vite en nitrate par le phénomène naturel connu sous le nom de nitrification.

Le phosphore est apporté indifféremment par n’importe quel orthophosphate soluble, par exemple le phosphate monoammonique (NH4H2PO4), le phosphate dipotassique (K2HPO4) ou le phosphate trisodique (Na3PO4, 12 H2O), ou encore l’acide phosphorique lui-même ou le tripolyphosphate de sodium (qui s’hydrolysera lentement en orthophosphate). De même le potassium peut être apporté indifféremment par le nitrate de potassium, le chlorure de potassium, le sulfate ou le phosphate dipotassiques. La source de magnésium habituelle est le sulfate de magnésium appelé sel d’Epsom (MgSO4, 7 H2O). Le calcium éventuellement nécessaire est apporté par un peu de chaux éteinte ou de plâtre (sulfate de calcium), ou, mieux, d’un sel de calcium soluble (nitrate, chlorure) ; il faut en mettre de quoi saturer le milieu en calcium à pH voisin de 10, mais pas plus, c’est-à-dire jusqu’à formation d’un léger louche blanc. En cas d’ensemencement d’une nouvelle culture avec peu de spiruline, mieux vaut s’abstenir d’ajouter du calcium au début pour éviter de perdre de la semence entraînée dans les boues minérales.

[Remarque : L’ajout de petites quantités de produits acides (acide phosphorique par exemple) dans un milieu contenant du bicarbonate de sodium et du carbonate de sodium ne réduit pas son alcalinité mais abaisse son pH, c’est-à-dire transforme une partie du carbonate en bicarbonate de sodium sans perte de CO2. Ceci s’applique aussi bien aux ajouts lors de la préparation de milieu de culture que lors de l’ajout de nourriture à une culture. Mais si l’on prépare un mélange où l’apport d’acide est important il y aura perte d’alcalinité et de CO2, ce qui est dommage. Donc mettre l’acide directement dans le bassin.]

On notera la possibilité d’apporter plusieurs éléments à la fois par le même produit, par exemple N et K par le nitrate de potasse, P et K par le phosphate dipotassique, ou S et Mg par le sulfate de magnésium.

On voit l’importance de posséder des rudiments de chimie pour pouvoir jongler entre les différents produits selon leur disponibilité et leur prix. Il suffit en gros de connaître les poids moléculaires et de faire des règles de trois. On peut aussi se passer du concept de poids moléculaire et ne travailler qu’avec les % d’éléments (voir Annexe A16).

Le fer est apporté par une solution de sulfate de fer acidulée, de préférence à l’acide citrique, ou par du fer associé à un chélatant comme il s’en vend couramment pour les usages horticoles.

Ne pas utiliser les engrais agricoles ordinaires prévus pour être peu solubles (et contenant de nombreuses impuretés), mais seulement les engrais solubles (voir § 6.1, N.B. e et f granulés) ou les produits chimiques purs correspondants. En cas de doute, analyser la spiruline produite pour vérifier qu’elle ne contient pas trop de mercure, plomb, cadmium, ou arsenic).

Les limites de concentration admissibles pour les différents éléments dans le milieu de culture sont données en Annexe 18. Voici un exemple d’analyse de milieu de culture typique d’un bassin en cours de production :

Carbonate = 2800 mg/l
Bicarbonate = 720 mg/l
Nitrate = 614 mg/l
Phosphate = 25 mg/l
Sulfate = 350 mg/l
Chlorure = 3030 mg/l
Sodium = 4380 mg/l
Potassium = 642 mg/l
Magnesium = 10 mg/l
Calcium = 5 mg/l
Ammonium + ammoniac = 5 mg/l
Fer = 1 mg/l

Salinité totale = 12797 mg/l
Densité à 20°C = 1010 g/l
Alcalinité = 0,105 N (molécule-gramme/l)
pH à 20°C = 10,4

Le milieu doit contenir en plus tous les oligoéléments nécessaires, apportés généralement par l’eau et par les impuretés des sels, mais il est prudent, quand on le peut, d’ajouter un complément, au moins en ce qui concerne le zinc (voir Annexe 26). Un peu d’argile peut être un complément utile.

Voici une formule pour milieu de culture neuf (pH proche de 8, voir § 4.7 : ph) convenant pour des eaux de dureté nulle ou faible :

Bicarbonate de sodium = 8 g/l
Chlorure de sodium = 5 g/l
Nitrate de potassium = 2 g/l (optionnel)
Sulfate dipotassique = 1 g/l (optionnel ; 0,1 minimum)
Phosphate monoammonique = 0,2 g/l
Sulfate de magnésium MgSO4, 7H2O = 0,2 g/l
Chlorure de calcium = 0,1 g/l (ou Chaux = 0,07 g/l)
Urée = 0,01 g/l (ou 0,034 g/l pour extension de culture, par exemple bassin à géométrie variable, voir Géométrie) ; optionnel s’il y a du nitrate et si la souche est habituée à consommer le nitrate
Solution à 10 g de fer/litre = 0,1 ml/l
Solution d’oligoéléments (selon Annexe 26.2) = 0,05 ml/l

Le fer peut être apporté sous la forme chélatée par 0,008 g de Fétrilon 13 ou de Ferfol 13, ou par 0,005 g de sulfate de fer FeSO4,7H2O par litre de milieu. Si le phosphore est apporté par l’acide phosphorique ou un phosphate sans ammonium, l’urée passe à 0,035 g/l (ou 0,070 g/l en cas d’extension de bassin).

Le nitrate de potassium n’est en fait pas nécessaire, mais il facilite le travail en assurant une réserve d’azote et de potassium. Inversement, si on met du nitrate on peut omettre l’urée (si la souche est habituée à consommer l’urée elle peut prendre 3 jours pour s’habituer au nitrate). Si on omet le nitrate, le potassium est apporté par le sulfate dipotassique. Si l’eau est assez riche en sulfates, le sulfate dipotassique peut être réduit à 0,1 g/l et si de plus l’on met du nitrate de potassium il peut même être omis.

La dose totale de chlorure de sodium + nitrate de potassium + sulfate de potassium dépend de l’alcalinité b ; elle doit être environ égale à : 12 – (40 x b), en g/l, avec un minimum de 4 g/l. Cette règle n’est cependant pas absolue puisque le milieu Zarrouk ne contient qu’un gramme de NaCl par litre.

L’alcalinité de 0,1 peut être apportée par 5 g/l de carbonate de sodium ou par 4 g/l de soude, que l’on doit laisser se carbonater avant usage (environ 15 jours à l’air en couche de 15 cm) ; on peut aussi mélanger le bicarbonate de sodium avec le carbonate de sodium ou la soude caustique (voir Annexe 12 et A13 Annexe 13). Retenons qu’un mélange 50/50 de carbonate et de bicarbonate de sodium donne un pH voisin de 10 qui, à la dose de 7 g/l correspondant à une alcalinité de 0,1, convient très bien au démarrage d’une nouvelle culture. Le sesquicarbonate de sodium Na2CO3.NaHCO3.2H2O, produit naturel appelé « trona » aux U.S.A., peut être utilisé à 8 g/l et donne un pH de 10,15 convenant bien aussi (voir § 4.7 : ph). Le natron africain est un trona impur dont l’utilisation tel quel n’est pas toujours recommandée. Les meilleurs natrons sont en général les moins colorés. Avant d’utiliser un natron il faut le tester : vérifier qu’une solution à 20 g/litre filtre bien (sur papier filtre à café) et n’est pas trop colorée ni trouble ; doser l’alcalinité et les sulfates. On trouve souvent jusqu’à 30 % d’insolubles (sable) et seulement 30 % de carbonate/bicarbonate. Le sable est facile à éliminer par décantation.

Lorsque le pH d’un milieu en cours de préparation à partir de bicarbonate de sodium et d’eau calcaire doit être relevé par ajout de soude, de carbonate de sodium ou de natron, il est important de n’ajouter le phosphate qu’après la soude, le carbonate de sodium ou le natron, pour éviter la formation d’un précipité en flocons décontant très difficilement ou même ayant tendance à flotter, comme nous l’ont montré des essais faits en octobre 2005 à Montpellier (eau à 116 ppm de Ca).

Le nitrate du Chili potassique (« salitre potásico », granulés colorés en rose par de l’oxyde de fer), produit naturel, peut remplacer avantageusement le nitrate de potassium en apportant une riche dose d’oligoéléments, ainsi que du soufre et du magnésium mais pas de métaux lourds toxiques ; du moins c’était le cas en 1998 (voir analyse en Annexe A16.1). Le Chili exporte aussi du nitrate de potassium purifié et du nitrate de sodium.

Lorsque le milieu contient simultanément les ions ammonium (NH4), magnésium (Mg) et phosphate (PO4), les concentrations de ces ions sont parfois (selon les concentrations et le pH) interdépendantes parce que la solubilité de la struvite, phosphate mixte d’ammonium et de magnésium, est extrêmement faible. Le phosphate mixte insolubilisé reste tout de même disponible pour la spiruline puisqu’il se redissout dès que les conditions le lui permettent, mais s’il y a déséquilibre d’un ou deux des trois ions impliqués peuvent être très faibles, ce qui ralentit la croissance et peut même faire mourir la culture (aussi bien par manque de magnésium que de phosphate). Les cristaux de phosphate mixte se déposent normalement avec les boues, mais il arrive qu’on en trouve en surface dans certaines conditions et même parfois dans la spiruline récoltée. Ceci n’est pas grave. Ces cristaux se redissolvent immédiatement par acidification (comme c’est le cas dans l’estomac !). A noter qu’en l’absence d’ammonium les mêmes phénomènes ont tendance à se produire aussi, le phosphate de magnésium étant lui aussi fort insoluble aux pH > 9. Il est recommandé de maintenir une concentration en ion Mg approximativement égale à celle de l’ion PO4.

Lorsque l’eau utilisée est calcaire et surtout très calcaire (100 et jusqu’à 500 mg de Ca/l, voire plus), le phosphate a tendance à précipiter sous forme de phosphates de calcium (très insolubles), et ceci d’autant plus que le pH et la température de la culture seront élevés. Mais les phosphates insolubles peuvent rester en sursaturation (en solution) sans précipiter parfois très longtemps, surtout en présence de matières organiques, et même si parallèlement du carbonate de calcium précipite. Il est donc très difficile de prédire quand le phosphate en solution va être insuffisant pour une bonne croissance de la spiruline. C’est pourquoi il est recommandé de vérifier assez souvent la teneur en phosphate du milieu de culture si l’eau est très calcaire. On trouve des kits pour doser le phosphate dans les boutiques d’aquariophilie. En cours de culture, surtout en cas de faible croissance ou de problèmes, il est bon de mesurer la teneur en phosphate du milieu filtré et, si elle est < 5 mg/l, de rajouter du phosphate ; si on n’a pas de test phosphate on peut tenter de rajouter du phosphate pour ranimer la croissance. Dans le cas où l’eau est calcaire, la formule de milieu de culture donnée ci-dessus (formule) doit de préférence être adaptée : diminution ou suppression de l’ajout de calcium (cet ajout équivaut à 36 mg de Ca/litre dans la formule), et majoration de l’ajout de phosphate (par exemple pour chaque mg de Ca excédentaire ajouter 0,5 mg de P, soit par exemple 1,6 mg d’acide phosphorique). On peut dire que les phosphates de Ca insolubilisés constituent une réserve de Ca et de P, car ils peuvent se redissoudre en cas de besoin ; cependant cette possibilité est limitée par les boues organiques et les imperfections de l’agitation près du fond ou dans les angles du bassin. Le programme de calcul de milieu MEDFEED (voir plus loin) tient compte de ce supplément de phosphate. Il existe une alternative : ajouter 80 ppm d’EDTA comme dans le milieu Zarrouk, mais on peut répugner à ajouter une telle quantité de ce produit chélatant, 10 fois la dose contenu dans le Ferfol, d’autant que son action n’est pas garantie.

L’eau peut aussi être traitée pour diminuer sa teneur en calcium avant utilisation, ce qui complique un peu mais peut être rentable (voir Annexe 31).

Précautions pour le stockage de milieu de culture neuf : voir § 4.8 stockage.
Précautions pour le stockage d’eau traitée : voir stockage.

4.2) Milieu « Zarrouk »

(thèse Zarrouk (Paris, 1966), page 4)

Le milieu standard de Zarrouk, très souvent cité et servant de référence, mais pas très économique, est fabriqué à partir d’eau distillée et contient, en g/litre :

NaHCO3 = 16,8; K2HPO4 = 0,5; NaNO3 = 2,5; K2SO4 = 1,0; NaCl = 1,0; MgSO4 , 7 H2O = 0,2; CaCl2 = 0,04; FeSO4, 7 H2O = 0,01; EDTA= 0,08; « solution A5 » = 1,0; « solution B6 » = 1,0.

Composition de la « solution A5 », en g/l : H3BO3 = 2,86 ; MnCl2, 4 H2O = 1,81 ; ZnSO4, 7 H2O = 0,222 ; CuSO4, 5 H2O = 0,079 ; MoO3 = 0,015.

Composition de la « solution B6 », en g/l: NH4VO3 = 0,02296; K2Cr2(SO4)4, 24 H2O = 0,096; NiSO4, 7 H2O = 0,04785 ; Na2WO4, 2 H2O = 0,01794; Ti2(SO4)3 = 0,04; Co(NO3)2, 6 H2O = 0,04398.

On peut remarquer que le produit de solubilité du phosphate tricalcique est très largement dépassé dans cette formule, mais l’EDTA l’empêche de précipiter.

4.3) Et si l’on n’a aucun produit chimique ?

Dans ce cas, ou si l’on veut produire une spiruline « 100% biologique », utiliser des produits naturels. Par exemple on peut utiliser du bicarbonate de sodium naturel américain, la trona ou le natron ou de la lessive de cendres de bois, et tout le reste peut être remplacé par 4 ml d’urine (Bibliographie : Jourdan) par litre, plus le sel et, si nécessaire, le fer. Voir dans le chapitre « Nourriture » (urine) les précautions qu’implique l’utilisation d’urine. Si l’urine est proscrite pour une raison ou une autre, on a recours au nitrate du Chili et à l’acide phosphorique extrait de la poudre d’os calcinés (le phosphate naturel et le superphosphate contenant trop de cadmium) ; malheureusement le nitrate du Chili a été déclaré « non bio » en Europe malgré son origine naturelle ; mais il y a encore une possibilité : les feuilles de végétaux comestibles bon marché (exemple l’ortie) qu’on met à tremper dans la lessive carbonatée et qui apportent tous les éléments y compris le carbone, mais leur innocuité n’est pas prouvée et ils ont tendance à salir le milieu. On peut aussi utiliser les « purins de feuilles », mais leur odeur est plutôt désagréable. Ou de l’ammoniac distillée des digestats de méthanisation bio.

A noter que l’eau de mer filtrée (à la rigueur le sel brut) est une bonne source de magnésium et apporte aussi du calcium, du potassium et du soufre.

A noter aussi la possibilité de mettre dans le milieu de culture des produits réputés insolubles mais qui en fait permettent la solubilisation progressive d’éléments consommés par la spiruline ; on peut citer la poudre d’os calcinés (apport de phosphore et calcium), le calcaire et la dolomie broyées (apport de calcium et magnésium), les boues résiduaires d’eau de cendre (apport de magnésium, calcium, soufre et oligo-éléments) et l’argile (apport d’oligo-éléments). Ces produits décenteront au fond du bassins où ils risquent d’être recouverts assez vite par des boues et ainsi leur efficacité. L’agitation au balai peut aider ; mais il faut prévoir le renouvellement de ces ajouts à chaque nettoyage du bassin.

Préparation de l’eau de cendre

La cendre de bois utilisée doit être propre (blanche et sans suie) et riche en sels solubles. Les meilleurs bois sont (en Europe) ceux de peuplier, orme, tilleul, bouleau, pin, eucalyptus ; les branches sont plus riches que les troncs. En Afrique certaines parties des palmiers sont particulièrement riches en potasse et servent traditionnellement à l’extraction de potasse, notamment pour la fabrication du savon (il existe d’ailleurs des fours haute température spécialement construits pour obtenir une cendre blanche à cet effet). En France existent des poêles à bois dits « Turbo » produisant une cendre blanche (voir par exemple http://rocles03.free.fr). Pour fabriquer la lessive de cendre, on utilise par exemple le dispositif suivant : une bassine à fond percé, une couche de cailloux sur le fond, une toile, et 30 à 50 cm de cendre dans la toile ; on verse l’eau sur la cendre (environ 5 litres d’eau par kilo de cendre, et ceci plusieurs fois de suite) et on fait percoler à travers les couches de cendre ; au début le jus coule concentré et très caustique ; s’en protéger car il attaque rapidement la peau et ne doit jamais atteindre les yeux (en cas d’atteinte, rincer immédiatement et abondamment à l’eau). On peut recycler les premiers jus. Jeter la vieille cendre quand elle est épuisée et recommencer avec de la neuve. Attendre une quinzaine de jours que la carbonatation de la lessive se fasse à l’air, dans un bassin d’environ 15 cm d’épaisseur de liquide. Pendant cette période, veiller à ce que l’air soit renouvelé et agiter en remuant de temps en temps. Le temps de carbonatation étant inversement proportionnel à l’épaisseur, si l’on veut aller plus vite il suffit d’étaler la solution en couche plus mince ; une autre possibilité pour gagner du temps est de neutraliser avec un peu de bicarbonate de sodium (voir Annexe 13) ou de gaz carbonique concentré.

Préparation d’un milieu à base d’eau de cendre

Mesurer la salinité (voir Annexe 3) ou mieux l’alcalinité (voir Annexe 5) de l’eau de cendre carbonatée. Diluer et saler : La dilution normale est à 8 g/l de sels de cendres (ou bien alcalinité = 0,1), plus 5 g/l de sel de cuisine, mais en cas de pénurie on peut diminuer considérablement la dose de sels de cendres tout en conservant la salinité totale à 13 g/l en mettant plus de sel. Ne pas oublier de rajouter du fer. Pour mieux faire comprendre, voici un exemple donnant un milieu de culture pour 4 m², prêt à être ensemencé :

Lessiver 20 kg de cendres avec 3 fois cent litres d’eau
Carbonater la lessive à l’air quinze jours sous faible épaisseur
Diluer à densité (20°C) = 1,005 avec 300 litres d’eau
Saler avec 3 kg de sel
Ajouter les éléments manquant : 80 g de Sirop de fer, et 2 litres d’urine.

Si l’urine est impossible, la remplacer par les apports voulus en azote, phosphate, magnésium et calcium, mais qui ne seront pas toujours « bio » et pourront inclure engrais NPK et urée.

Préparation de sulfate de magnésium à partir de cendre de bois

Après avoir extrait de la cendre les sels solubles (comme on vient juste de le décrire), le gateau de filtration résiduelle peut servir à fabriquer une solution de sulfate de magnésium. Voici une recette qui a donné de bons résultats (essayée à Montpellier en Février 2006) :

– Diluer 1 kg de pâte résiduelle humide (résidu de fabrication d’eau de cendre) dans 4,5 litres d’eau.
– Ajouter progressivement de l’acide sulfurique à 32 % [Attention : manipuler l’acide avec précaution, en ayant toujours de l’eau à portée de main pour se laver immédiatement en cas de contact avec la peau] : il se dégage beaucoup de gaz carbonique, veiller à ne pas faire déborder le récipient. Arrêter l’addition d’acide quand il n’y a plus de dégagement de gaz (dans notre exemple il a fallu mettre 1,16 kg d’acide). Le pH est alors voisin de 5, mais il remonte vers 7,5 en quelques jours par fin du dégagement de gaz. Décanter et filtrer la solution obtenue, environ 6 litres, qui titre :

1,75 g de Mg / litre, soit en équivalent MgSO4,7 H2O : 18 g / litre
0,38 g de Ca / litre, sous forme de sulfate de calcium
0,015 g de phosphore / litre
2,6 g de soufre / litre

Le résidu est constitué en grande partie de plâtre (sulfate de calcium hydraté) sale (brunâtre).
L’utilisation de cette solution comme source de Mg apporte des quantités de Ca, P et S qui peuvent généralement être négligées.
Les 6 litres de solution obtenus suffisent pour faire 1000 litres de milieu ou, utilisée en formule de nourriture, produire 10 kg de spiruline (il faut donc environ 40 g de cendres + 40 g d’acide sulfurique (compté en 100 %) par kg de spiruline).

Préparation de l’acide phosphorique à partir des os (Méthode de Jacques Falquet, décembre 2003)

– à l’acide sulfurique

Matériel :
Des os (de n’importe quel animal, même de vieux os conviennent)
De quoi faire un bon feu
Un mortier
Une balance de cuisine
Une bassine ou un seau en plastique (le métal ne convient pas, sauf si il est émaillé) d’une contenance de 10 litres au moins.
De l’acide de batterie mais neuf (= acide sulfurique à 25%). Attention : ne JAMAIS prendre l’acide qui se trouve dans une batterie : utiliser uniquement de l’acide neuf, vendu en flacons.
Des récipients pour le stockage du liquide obtenu (en verre ou en plastique, le métal ne convient pas)

Pour 1 Kg de poudre d’os calcinés, ajouter 4 litres d’acide de batterie, remuer et laisser au moins deux jours (en remuant de temps en temps).
Attention : manipuler l’acide avec précautions, en ayant toujours de l’eau à portée de main pour se laver immédiatement en cas de contact avec la peau.
Ajouter ensuite 4 litres d’eau, remuer puis laisser reposer quelques heures.
Prendre délicatement autant de liquide que possible et le garder dans un bidon de plastique ou dans des flacons de verre. [NDLR : nous préférons filtrer la boue blanche obtenue, puis la laver sur filtre avec une même quantité d’eau ; en pressant le gâteau de filtration, le rendement peut être alors proche de 100 % et le volume obtenu est double]

Attention ! Ce liquide (appelons-le « extrait d’os ») est corrosif : garder ce produit hors d’atteinte des enfants ou des personnes étrangères au projet. Etiquetter et inscrire un signe d’avertissement sur chaque flacon !

L’« extrait d’os » contient environ 50 grammes d’acide phosphorique par litre
Pour préparer du milieu de culture de spiruline neuf, on utilisera (en remplacement du phosphate) deux litres d’extrait d’os pour 1000 litres de milieu de culture.
Pour nourrir la spiruline après récolte, on utilisera comme source de phosphore :
1 litre d’extrait d’os par Kg de spiruline sèche récoltée.
Ceci, bien sûr, en compléments des autres produits (nitrate, etc.)

– au jus de citron

Matériel :
Des os (de n’importe quel animal, même de vieux os conviennent) et de quoi faire un bon feu.
Un mortier, une balance de cuisine.
Une marmite
Du jus de citron

Méthode :
Calciner fortement les os dans un feu de braises
Après refroidissement, retirer soigneusement les os (prendre le moins possible de cendres)
Réduire ces os en poudre (si les os ont été bien calcinés, ils sont blancs-gris et très faciles à broyer)
Dans une marmite, mélanger 100 g de poudre d’os par litre de jus de citron
Faire bouillir doucement pendant 15 minutes
Laisser reposer au moins un jour, en remuant de temps en temps.
Filtrer sur une toile fine
Le liquide récupéré contient environ 20 g/l de phosphate soluble. Si nécessaire, on peut le concentrer par ébullition prolongée.

Utilisation :
Pour préparer du milieu de culture de spiruline neuf, on utilisera (en remplacement du phosphate) cinq litres de ce jus pour 1000 litres de milieu de culture.
Pour nourrir la spiruline après récolte, on utilisera comme source de phosphore :
2.5 litre de jus par Kg de spiruline sèche récoltée.
Ceci, bien sûr, en compléments des autres produits (nitrate, etc.)

(N.B. 1 : se méfier des poudres d’os calcinés vendues sur les marchés, en Afrique par exemple, dont la qualité peut être douteuse ; mieux vaut la fabriquer soi-même !)

N.B. 2 : Ces méthodes de préparation d’acide phosphorique est applicable aux phosphates de calcium naturels issus de la décomposition du guano, comme le produit dénommé PHOSMAD à Madagascar.

4.4) Renouvellement du milieu de culture/purges

Le milieu de culture doit rester peu coloré et peu trouble, aussi pauvre en matières organiques que possible, pour assurer la meilleure marche normale. Normalement les bactéries et le zooplancton se chargent de la minéralisation et du recyclage des déchets biologiques. Mais il arrive que la production de déchets dépasse leur élimination (surtout dans les bassins peu profonds et à productivité poussée) ; il se peut aussi que le milieu s’épuise en oligo-éléments ou que la salinité ait tendance à devenir trop élevée (en cas d’alimentation carbonée sous forme de bicarbonate de sodium ou d’alimentation en azote sous forme de nitrates par exemple), ou encore si l’eau d’appoint est très minéralisée : il faut alors remplacer le milieu de culture ou pratiquer une purge. Cette purge se fait de préférence par le fond (par pompage ou siphonnage) en éliminant en même temps des boues, ou bien lors des récoltes en ne recyclant pas le filtrat. Si les pluies font monter le niveau du bassin au point où il risque de déborder, il faut aussi pratiquer une purge pour faire baisser le niveau. Remettre dans le bassin la quantité de sels contenus dans la purge (sauf, évidemment, ceux dont on veut éventuellement abaisser la concentration). Si on a purgé parce que le niveau était trop haut à cause de la pluie, on ne remet évidemment que les sels, sans eau. Idéalement on ne devrait jamais purger.

Si un bassin s’avère trop riche en un élément (urée mise en excès par exemple) et si son niveau est suffisamment bas, on peut lui ajouter du milieu neuf privé de l’élément en trop, de manière à diluer celui-ci.

La marche sans renouvellement ni épuration du milieu de culture pendant plusieurs années est possible si les oligo-éléments sont régulièrement apportés, et si la productivité n’est pas excessive par rapport à la profondeur de culture (la profondeur de culture exprimée en cm doit être au moins le quadruple de la productivité moyenne exprimée en g/jour/m²) et de préférence si l’agitation est maintenue la nuit pour améliorer l’oxygénation. Dans la pratique cependant un certain taux de renouvellement du milieu aide à maintenir négligeable la concentration en contaminants éventuels (chimiques ou biologiques) et à assurer l’alimentation en oligo-éléments (par les traces contenues dans l’eau d’appoint ou les sels). Il est sage de tabler au minimum sur un renouvellement tous les 2 kg de spiruline produite par m² de bassin, soit tous les 6 à 18 mois selon la productivité, en une fois ou, mieux, progressivement. Pour ne pas avoir d’ennuis, si on peut se le permettre, il vaut mieux renouveler le milieu tous les 3 mois (ou purge de 1 % / jour), mais il faut savoir que ce n’est pas une nécessité et que ce n’est pas bon pour l’environnement.

N.B. a) La marche sans ou presque sans renouvellement nécessite de surveiller de plus près les contaminants possibles.
b) Le non-recyclage du jus de pressage équivaut à un taux de purge de l’ordre de 0,02 %/jour.
Si la moitié de l’azote est apportée par le nitrate, celui-ci apporte à peu près l’alcalinité perdue par cette purge.

4.5) Epuration et recyclage du milieu de culture

Il est en principe recommandé, pour des raisons écologiques, de ne pas jeter le milieu purgé dans l’environnement mais soit de l’utiliser en alimentation animale ou comme engrais pour les plantes halophiles (palmiers par exemple), soit de le laisser s’évaporer à sec dans un bassin à part jouant le rôle de « marais salant », de préférence à l’abri de la pluie sous serre. Les sels récupérés, semblables au natron naturel, peuvent certainement être purifiés par calcination à haute température (attention au bon réglage de la température et de l’apport d’air, pour éviter le noircissement par charbonnement) ou par recristallisation, puis recyclés, mais ceci reste à essayer. Avec l’évaporation à sec, un renouvellement tous les 3 mois nécessiterait une surface d’évaporation d’un tiers de la surface des bassins.

Il est aussi possible de recycler le milieu de culture après épuration partielle (procédé utilisé par F. Haldemann en Equateur : voir sa publication au Colloque des Embiez, mai 2004, page 86) : on s’affranchit dans ce cas de la relation du § 4.4 ci-dessus (profondeur = 4 x productivité) ; cette épuration consiste en une combinaison de filtration, décantation et traitement biologique anaérobie puis aérobie par la flore naturelle, à l’abri de la lumière, dans des bassins profonds de 1 à 2 m. avec un temps de séjour global de 2 à 4 semaines. Autre façon de procéder, moins bon : envoyer les purges dans un bassin « naturel » peu ou pas agité, de surface égale au tiers de celle des bassins actifs et profond de 2 m., récupérer pour l’alimentation animale les (très belles) spirulines qui s’y développent en surface et recycler le milieu après stérilisation éventuelle (en cas de contamination par des micro-organismes étrangers) par les U.V. ou par chauffage. Un simple stockage du milieu de culture pendant 6 mois à 20°C, sans agitation et à l’abri de la lumière, le purifie assez bien : en zone tempérée, par exemple, le milieu se purifie de lui-même pendant l’hiver où la production est nulle, et ceci malgré la basse température.

Un autre procédé d’épuration est en cours de développement en 2013/14, déjà utilisé chez Peter Schilling aux Canaries : par skimming (écumage).Il extrait un concentrat fortement coloré contenant protéines et EPS et fournit un milieu recyclé très propre. Il est prévu de le stériliser avant recyclage, afin d’éliminer les cyanobactéries étrangères et les plus petites spirulines pour éviter les contaminations et les dérives de la souche. L’utilisation de ce procédé est très vivement recommandée.

Plutôt que de construire une installation de purification, il parait plus simple, au niveau artisanal, de majorer la surface et/ou la profondeur des bassins pour y réaliser l’épuration biologique « in situ », tout en assurant le maintien du pH par le CO2 atmosphérique, au prix d’une productivité plus basse, mais avec un taux de purge du milieu très faible, voire nul. Une stérilisation annuelle est recommandée.

Autre solution possible : utilisation des purges comme engrais par épandage agricole ou sur tas de compost. La forte concentration du milieu de culture en sodium est gênante pour de nombreuses plantes, mais pas pour toutes (par exemple pas pour le palmier cocotier). On peut aussi remplacer dans la formule du milieu de culture le maximum d’ions sodium par des ions potassium. L’eau de cendre (assez concentrée en potasse pour ne pas nécessiter plus de deux ou trois grammes de sel par litre) convient. Sinon on peut utiliser un milieu contenant 10 g de bicarbonate de potassium + 2 g de nitrate de potassium + 1 g de sulfate dipotassique + 3 g de sel par litre (le reste comme au § 4.1). Pour obtenir un milieu à pH proche de 10, on pourra remplacer les 10 g de bicarbonate de potassium par 6 g de bicarbonate de potassium + 2 g de potasse caustique (attention : mêmes précautions de sécurité qu’avec la soude !) ou bien par 3 g de bicarbonate de potassium + 4 g de carbonate de potassium. Un milieu riche en potassium est au moins deux fois plus cher que celui riche en sodium, mais il a l’avantage supplémentaire de donner une spiruline qui peut être utile pour certains régimes « sans sodium » ; cet avantage pourrait plus que compenser le surcoût du milieu.

4.6) Utilisation de l’eau de mer

Utiliser l’eau de mer pour établir et maintenir une culture de spiruline, sans traitement préalable de l’eau de mer autre qu’une filtration, est possible mais à condition de travailler à un pH régulé avec une grande précision au voisinage de celui de l’eau de mer, ce qui est techniquement difficile pour les producteurs artisanaux. L’eau de mer contient une quantité excessive de calcium et de magnésium qui, aux pH élevés, provoquent une précipitation abondante de carbonates et phosphates. D’autre part la salinité élevée de cette eau (35 g/l) interdit son emploi comme eau d’appoint pour compenser l’évaporation, sauf si celle-ci est maintenue très faible par utilisation judicieuse de bassins sous serre.

Ripley Fox a développé le concept d’une ferme de spiruline (géante) fonctionnant à l’eau de mer traitée au carbonate de soude, lui-même produit sur place à partir de soude électrolytique. Le chlore et l’hydrogène sous-produits de l’électrolyse sont transformés en acide chlorhydrique utilisé pour générer du CO2 pur à partir de carbonate de soude. Le problème de la compensation de l’évaporation est réglé en rejetant à la mer le milieu de culture (préalablement neutralisé) lorsque sa salinité est devenue trop élevée. Ce concept sera peut-être appliqué un jour, mais il demande de gros moyens, hors de portée d’un petit producteur. De plus il nécessite une véritable usine chimique qui ne plairait pas à certains.

Par contre l’eau de mer peut être utilisée avec profit, en petites quantités, pour apporter magnésium et soufre. Et l’eau de mer dessalée est déjà largement utilisée pour produire la spiruline (Canaries p. ex.).

4.7) pH optimum

Le pH optimum d’un milieu de culture neuf à confectionner dépend de son utilisation.
S’il doit être insémé pour démarrer une nouvelle culture, son pH doit être d’au moins 9, le plus proche possible de celui de la souche utilisée : s’il est trop bas la culture risque de mal démarrer, avec formation de grumeaux ou précipitation de la spiruline au fond. Le natron ou le mélange carbonate + bicarbonate de sodium, ou l’eau de cendre carbonatée sont donc bien adaptés à ce cas.

Par contre si le milieu neuf doit servir d’appoint à une culture existante son pH peut être avantageusement voisin de 8, ce qui contribue à maintenir le pH de la culture suffisamment bas par apport de bicarbonate de sodium. C’est typiquement le cas des bassins en cours d’extension (« à géométrie variable »). Dans ce cas le milieu doit être à base de bicarbonate de sodium seul, si ce dernier est disponible. Si le milieu est à bas pH on pourra plus facilement utiliser du NPK non désammonié sans risquer de tuer la spiruline, car ce qui est dangereux c’est NH3 (à bas pH c’est NH4 qui domine).

4.8) Stockage de milieu de culture neuf et d’eau traitée

Il n’est pas recommandé de stocker du milieu de culture neuf, même à l’abri de la lumière, car il constitue par nature un « bouillon de culture » où pourraient se développer des micro-organismes indésirables. Cette remarque s’applique surtout aux milieux à bas pH.

Il est également fortement déconseillé de stocker de l’eau douce, par exemple de l’eau traitée pour éliminer l’excédant de dureté, en présence de lumière car en quelques jours s’y développeraient des algues étrangères et des cyanobactéries. Or parmi ces dernières il en est de hautement toxiques (cas de certains lacs d’eau douce).

4.9) Logiciels de calcul « MILIEU »

Pour faciliter le calcul des milieux et de la nourriture minérale en tenant compte des matières premières et de l’analyse de l’eau disponibles des programmes de calcul ont été rédigés (Calculs).

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