Chapitre 6 – Nourriture Minérale

6) NOURRITURE MINERALE DE LA SPIRULINE

[N.B. Des logiciels existent pour faciliter les calculs de milieux et de nourriture]

Bien que la nourriture principale de la spiruline soit le carbone, il ne sera question dans ce chapitre que de la nourriture non carbonée, seulement minérale. Pour la nourriture en carbone voir § 7.8. Le milieu de culture initial permet une croissance de la spiruline jusqu’à une concentration en spiruline voisine de 1 g/l (sans nitrate) à 2 g/l (avec nitrate), mais mieux vaut remettre dans le milieu les éléments nutritifs absorbés par la spiruline sans attendre l’épuisement du milieu ou mieux encore suivre la teneur en éléments dans le milieu, surtout si la culture est contaminée par du phormidium qui consomme de son côté des intrants.

Ajouter l’urée (et le cas échéant le CO2 et/ou le sucre comme apport de carbone) quotidiennement en fonction de la récolte désirée ou escomptée dans la journée, les autres nutriments pouvant n’être ajoutés qu’une fois par semaine, voire une fois par quinzaine. Veillez à mettre l’urée (et le cas échéant le sucre) tôt dans la journée, juste après la récolte et en respectant la règle donnée au N.B. c ci-dessous (uréethéo). L’utilisation du nitrate n’impose pas les mêmes précautions que l’urée mais celle-ci est moins chère et plus efficace, elle réduit la formation de grumeaux (important surtout chez les spiralées type Lonar) et elle renforce la vigueur parfois défaillante des spirulines (sans ammonium surtout les ondulées risquent de ne pas se laisser essorer facilement par pressage) ; de plus l’urée n’apporte pas de salinité mais apporte du CO2 « gratuit ». L’ammoniaque peut évidemment être utilisée au lieu d’urée, mais avec encore plus de précautions : là, la goutte-à-goutte est pratiquement nécessaire. Par contre l’ammoniaque a un avantage sur l’urée qui ne s’hydrolyse que petit à petit (une dose trop forte d’urée peut constituer une « bombe à retardement » en produisant de l’ammoniac). Le bicarbonate d’ammonium est une possibilité intéressante pour apporter à la fois de l’azote et du CO2 « gratuit » (double de l’urée), et même l’acétate d’ammonium qui apporte encore plus (quadruple de l’urée).

Tous les ingrédients doivent être dissous avant d’être introduits dans la culture et pendant l’introduction la culture doit être sous agitation.

[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 avec 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.]

En se basant sur la composition élémentaire de la spiruline donnée en Annexe 19 et les indications du § 4.1 sur le milieu de culture, il est facile, mais souvent fastidieux, de calculer les besoins en nourriture minérale selon les produits (engrais) dont on dispose. On tient compte de la pureté chimique des produits, des pertes en cours de production (photoxydation, consommation par les parasites, pertes chimiques et physiques) et lors de la récolte. On ne tient pas compte des apports par l’eau d’appoint sauf si l’évaporation est très forte et si l’eau d’appoint est très minéralisée. A titre d’exemple pouvant être utilisé assez couramment, voici une formule calculée pour le cas d’une eau non ferrugineuse et de faible dureté, pour une évaporation moyenne et pour un taux de pertes courant dans les petites exploitations :

Grammes par kg de spiruline produite (comptée en sec) :

Urée = 300 g (270 recommandé par FSF)
Phosphate monoammonique = 50 (30 recommandé par FSF)
Sulfate dipotassique = 40 (30 recommandé par FSF)
Sulfate de magnésium heptahydraté= 30
Chlorure de calcium = 20
Fer chélaté (à 13 % de fer, en poudre) = 4 (10 recommandé par FSF)
Solution d’oligoéléments (selon Annexe 26.2) = 50

(le phosphate monoammonique est souvent remplacé par de l’acide phosphorique, en quantité dépendant de la concentration de cet acide : par exemple 57 g d’acide à 75 % remplacent 50 g de phosphate monoammonique)

(le chlorure de calcium peut être remplacé par 30 g de nitrate de calcium si ce produit est disponible, ou par 13 g de chaux éteinte)

(Le fer peut être introduit sous forme de 50 ml de solution de fer chélaté à 10 g de fer/l, par exemple 77 g de Ferfol/litre, ou « sirop de clous »).

N.B.

a) La formule de nourriture ci-dessus n’inclut pas les besoins en nutriments correspondant aux purges éventuelles de milieu de culture, qui doivent donc être ajoutés le cas échéant.

b) La dose de fer ci-dessus correspond à 500 ppm de fer dans la spiruline ; elle peut être ajustée à la demande, certains médecins préférant une teneur inférieure en fer, d’autres 1000 voire 1500 ppm. Pour ces hautes teneurs en fer, l’addition d’un chélatant (EDTA, acide citrique, jus de carambole ou de citron) ou l’usage de fer chélaté (type Ferfol ou Fétrilon) est préférable au sulfate de fer seul. Il a été souvent rapporté que l’introduction du fer (non chélaté) sous forme de sulfate est beaucoup plus efficace au goutte-à-goutte (et avec agitation continue), mais cette remarque ne joue pas, ou moins, si l’on utilise du fer chélaté.

c) La dose d’urée théorique est de 270 g/kg, mais surtout aux bas pH un excès s’avère nécessaire s’il y a tendance à la formation de grumeaux, peaux, etc. L’excès d’urée inutilisé se transforme en nitrate ou se perd à l’atmosphère sous forme d’ammoniac. Mieux vaut supprimer l’injection d’urée dès qu’une odeur d’ammoniac devient perceptible sur la culture ou, si l’on peut doser l’ammonium, suivre la règle donnée en Annexe 18 (N.B. b). L’urée est la source de CO2 la moins chère (à part l’air) et si la température du bassin est assez élevée on arrive à en consommer jusqu’à 0,8 kg/kg de spiruline, la partie non consommée par la spiruline se transformant en nitrate (en consommant de l’alcalinité, selon l’équation : CO(NH2)2 + 4 O2 + 2 Na OH = 2 NaNO3 + 3 H2O + CO2) ; en fait, de nombreux bilans d’azote nous ont montré qu’il semble se former plus de nitrate : on a par exemple mesuré sur un bassin nourri avec 600 g d’urée /kg de spiruline une « fixation » d’azote atmosphérique correspondant à 6 fois l’azote contenue dans la spiruline produite !. Normalement il ne peut pas s’agir de fixation d’azote de l’air puisque la spiruline n’a pas d’hétérocystes, mais on sait que la fixation d’azote sans hétérocyste est possible chez certaines cyanobactéries dans certaines conditions. Mais en l’absence totale d’urée et aussi sans excès d’urée il ne semble pas se former de nitrate. A noter que le nitrate formé peut ensuite servir de source d’azote par réduction biologique par la spiruline, avec restitution de l’alcalinité : NaNO3 + 4H2 = NaOH + NH3 + 2H2O, mais cela ne se produit pas tant qu’il y a assez d’urée car la spiruline préfère utiliser l’azote ammoniacal plutôt que d’effectuer ce travail de réduction très coûteux en énergie (glucose). Une accumulation de nitrate se produit alors dans le milieu de culture, où l’on a mesuré jusqu’à 5 à 10 g d’ion NO3 par litre ! Quand on dispose de nitrate pas trop cher, une alimentation azotée mixte (50 % nitrate, 50 % ammoniacal) est recommandée comme cela se pratique avec succès à la ferme de La Mé en Côte d’Ivoire : on met alors par kg de spiruline 140 g d’urée + 500 g de nitrate de potassium. Cela évite l’accumulation de nitrate dans le milieu, mais n’évite pas l’augmentation de salinité et de pH due au potassium introduit. Notez que si le nitrate est trop cher ou indisponible on peut quand même s’arranger pour faire une alimentation mixte urée/nitrate en utilisant le nitrate accumulé dans un autre bassin alimenté en urée seule (mais cela oblige à faire des mélanges de bassins). On peut aussi utiliser le nitrate d’ammonium qui est un engrais usuel mais qui présente le risque d’être un explosif !

Le bicarbonate d’ammonium NH4HCO3 est mieux que l’urée car il apporte le double de CO2 ; c’est un produit potentiellement très bon marché puisqu’il est l’intermédiaire obligé dans la fabrication du carbonate de soude Solvay, mais il n’est pas disponible commercialement partout (Solvay-Angleterre en vend). Il faut en poids 2,6 fois plus de bicarbonate d’ammonium que d’urée. On peut aussi utiliser l’acétate d’ammonium qui apporte quatre fois plus de carbone que l’urée.

Voir par ailleurs ci-dessous en N.B. j (phosphate) les effets possibles d’un excès d’ammonium sur l’équilibre PO4/Mg/NH4 du milieu de culture.

d) Selon la quantité et l’analyse de l’eau apportée pour compenser l’évaporation, les doses de sulfates, de magnésium, de calcium et de fer peuvent être réduites ou supprimées. Si l’eau est très calcaire, il peut être nécessaire de majorer la dose de phosphate pour compenser l’éventuelle précipitation de phosphate de calcium, en suivant la recommandation énoncée à propos du milieu de culture : compenser le Ca par la moitié de son poids en P ; il est recommandé de faire un dosage de phosphate dans ce cas-là environ une fois par mois ou quand la culture semble dépérir.

e) L’usage de certains engrais agricoles à dissolution lente (slow release) ou peu solubles, superphosphate, phosphate diammonique (voir alinéa f ci-dessous), sulfate de potassium, n’est pas recommandé car ils contiennent généralement des additifs colorés et/ou odorants et des huiles qui souillent le milieu de culture, formant une pellicule grasse en surface de bassin (freinant l’absorption du gaz carbonique et la désorption de l’oxygène). Par ailleurs les engrais de ce type peuvent contenir des métaux lourds (notamment cadmium présent dans les phosphates naturels) dangereux parce que rapidement absorbés par les spirulines. Ces remarques ne s’appliquent pas à : urée, sulfate de magnésium, sulfate de potassium, nitrate de potassium, nitrate du Chili, phosphate mono ou diammonique, chlorure de potassium vendus comme engrais agricoles solubles, même granulés. Le sulfate de fer agricole est de qualité douteuse du point de vue pureté (après dissolution il nécessite au moins une décantation ou une filtration).

f) Pour utiliser le phosphate diammonique granulé comme source de phosphore, si l’on n’en a pas d’autre, F. Ayala procédait comme suit : dans un litre d’acide chlorhydrique 0,5 N (50 ml d’acide concentré à 33 %, dilué dans un litre d’eau) ajouter 250 g de phosphate broyé et porter à l’ébullition ; éliminer la couche huileuse surnageant et récupérer le liquide décanté ; répéter une deuxième fois sur les boues ; mélanger les deux liquides décantés, soit environ 1,5 litres contenant à peu près 50 g de phosphore en solution utilisable, correspondant à 5 kg de spiruline. Vérifier que la spiruline produite à partir de cette source de phosphore répond à la norme en cadmium.

g) L’apport des oligo-éléments par les traces contenues dans l’eau d’appoint et les sels peut ne pas suffire. Si l’eau d’appoint est trop peu minéralisée, on peut utiliser du sel non raffiné (plus éventuellement un peu d’argile et/ou d’eau de cendres) afin d’apporter des oligo-éléments, sans oublier de pratiquer les purges correspondantes en cas de salinité exagérée. Mais on peut aussi apporter une partie de l’azote par du nitrate du Chili dit « salitre potasico » (riche en oligo-éléments) ou bien on peut utiliser des concentrés d’oligo-éléments préparés à partir de produits chimiques (voir § 7.7 et Annexe 26).

h) L’apport de calcium (chaux ou mieux nitrate ou chlorure de calcium) n’est nécessaire qu’au cas où l’eau d’appoint n’en contient pas assez, ou si l’on veut une spiruline enrichie en calcium comme celle de plusieurs producteurs industriels.

i) La consommation de chlorure est théoriquement de 7 g de NaCl/kg de spiruline, mais il est pratiquement inutile d’en ajouter, sauf longévité extraordinaire du milieu de culture. Il est strictement inutile d’en ajouter en cas d’utilisation d’urine ou d’eau de mer.

j) Lorsque le milieu contient simultanément les ions ammonium (NH4), magnésium (Mg) et phosphate (PO4), ce qui est le cas habituel aux pH intermédiaires, les concentrations de ces ions sont interdépendantes parce que la solubilité du phosphate mixte d’ammonium et de magnésium – dit struvite – est extrêmement faible. Pour éviter des déséquilibres, il faut maintenir la concentration en ammonium faible. La concentration en ammonium est automatiquement faible si l’urée est apportée par petites fractions et si le pH est élevé (une partie de l’ammonium se transformant en ammoniac NH3 sous l’effet du pH élevé). Il est recommandé de maintenir la concentrations en Mg approximativement égale à la concentration en P. En l’absence d’ammonium le phosphate de magnésium est lui-même très insoluble.

h) Pour simplifier l’exploitation, on peut se contenter de nourrir la spiruline (mise à part l’urée) seulement une fois par mois mais cela entraîne des fluctuations assez fortes dans la composition de la spiruline, notamment en fer. C’est pourquoi il est recommandé de nourrir plutôt hebdomadairement, voire quotidiennement. Si l’urée est utilisée, elle doit être apportée quotidiennement. La base de la nourriture à apporter n’est pas la quantité récoltée mais celle produite par photosynthèse (il y a une différence significative si la concentration en spiruline varie notablement).

Et si l’on n’a pas de produits chimiques ?

Il suffit d’ajouter 17 litres d’urine (c’est une dose moyenne puisque la concentration de l’urine est très variable en fonction du sujet et de son régime alimentaire) par kg de spiruline récoltée, plus le fer. L’urine apporte aussi du carbone, ce qui réduit la tendance du pH à monter et permet d’augmenter la productivité de 2 g/m²/jour en l’absence d’autre alimentation carbonée. Cette solution n’est proposée que pour répondre à des situations de survie, ou pour fournir de la spiruline destinée à l’alimentation animale, ou encore pour ceux qui préféreraient une spiruline vraiment « biologique ». Attention à répartir la dose régulièrement (comme pour l’urée) et à ajouter l’urine juste après la récolte (en tous cas pas le soir) et seulement par beau temps ; en régime de croisière, il est recommandé de limiter la productivité à 7 g/j/m², donc de ne pas ajouter de sucre, et de maintenir une hauteur de liquide assez élevée (minimum 20 cm) et aussi une concentration en spiruline d’au moins 0,4 g/l. Pour une consommation personnelle de la spiruline produite, la stérilisation de l’urine (personnelle, le sujet étant en bonne santé) n’est pas une nécessité (l’auteur n’a jamais stérilisé son urine, mais spiruline réservée à usage personnel), mais si non elle parait indispensable au moins pour des raisons psychologiques. La stérilisation peut s’effectuer par ajout de 3,5 g de soude par litre 24 heures avant utilisation (l’augmentation du pH à 12-13 insolubilise une partie des composants : ne pas filtrer, afin de ne pas perdre ces composants, et homogénéiser avant utilisation). Il existe d’autres moyens de stériliser. Certains disent que dans les pays type Afrique noire, l’urine pourrait contenir certains organismes résistant à ce type de stérilisation par pH élevé : à vérifier. Voir aussi d’autres méthodes de stérilisation (Olivier, Galaret). En tous cas le Schistosoma haematobium, dont les œufs contaminent l’urine des personnes infectées de bilharziose, doit pouvoir s’éliminer par filtration sur toile 30 µ, avant stérilisation par la soude. L’autre parasite pouvant se trouver dans l’urine, le Trichomonas vaginalis, n’est pas éliminé par cette filtration mais il ne survit que 24 heures dans l’urine. A noter que ces traitements par stérilisation à la soude et filtration n’ont pas encore été validés en ce qui concerne la qualité de la spiruline produite ; notamment on ne sait pas si le traitement de l’urine à la soude n’induit pas des transformations chimiques indésirables (en tous cas il n’empêche pas la spiruline de prospérer !). Par ailleurs voir les N.B. a), b), e) et f) ci-dessous.

Une application spéciale de l’utilisation de l’urine pour faire de la spiruline est le recyclage des déchets biologiques des spationautes dans les futures stations spatiales : la spiruline est le meilleur moyen à la fois de retransformer le CO2 en oxygène et les déchets en nourriture. Ce procédé est à l’étude dans de grands laboratoires dans différentes parties du monde.

La production de spiruline « biologique » est également possible sans recourir à l’urine, en n’utilisant que des produits « naturels » (voir § 4.3) comme la trona, le sulfate de magnésium sous-produit des marais salants ou extrait des résidus d’extraction d’eau de cendre et l’acide phosphorique extrait de la poudre d’os, ainsi que les feuilles d’espèces végétales comestibles bon marché. Le nitrate du Chili s’est vu refuser l’agrément « bio », alors que le Ferfol est admis. Les feuilles vertes d’espèces non toxiques sont une bonne source de nutriments (y compris carbone et fer), et nos différents essais d’utilisation par trempage direct dans la culture ont été positifs, mais ont dû être interrompus à cause d’une salissure excessive du milieu (qui aurait nécessité un système d’épuration biomogique que nous n’avions pas). Certains expérimentent avec divers purins de plantes. Le jus de compost (« compost tea ») serait une bonne solution, mais là aussi il semble nécessaire de disposer d’un système d’épuration biologique, ne serait-ce que pour libérer les éléments nutritifs contenus dans les nombreux microorganismes de ce jus. En résumé faire de la spiruline à partir uniquement de plantes est possible mais c’est plutôt compliqué.

N.B.

a) Comme l’urine ne contient pas de fer, son utilisation ne dispense pas d’ajouter du fer.

b) L’urine utilisée doit avoir une odeur et une couleur normales et provenir de donneurs sains et ne prenant pas de médicaments pouvant entraîner une toxicité pour les spirulines comme les antibiotiques.

c) On dit que le sang d’animal serait un bon aliment pour la spiruline et qu’on peut l’utiliser à dose relativement importante (50 ml/l de milieu de culture). Attention aux contaminations possibles cependant. Nous n’avons jamais essayé d’utiliser du sang et n’en avons nulle envie.

d) Il est parfaitement possible de « panacher » produits chimiques et produits naturels.

e) L’utilisation d’urine comme engrais unique convient surtout quand l’eau est un peu calcaire (20 mg de calcium/litre) mais pas trop calcaire ; en effet l’apport de calcium et de magnésium par l’urine est un peu faible et un appoint venant de l’eau est le bienvenu, mais tenir compte aussi que l’urine apporte un excès de phosphore trop faible pour compenser une dose forte de calcium.

f) La dysenterie se propage par les feces, non par l’urine.