Les spirulines pour la science, la santé et le développement

ou comment contrer les carences alimentaires dans les pays en voie de développement
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En 1965, lors d’une expédition trans-saharienne franco-belge, le botaniste J. Léonard fit état, au Tchad, de la présence de bloom algaux dans les lacs (waddis) situés au nord du lac Tchad, et de la consommation populaire, par les Kanembous, de galettes sèches de couleurs bleue verte, le Dihé, issues de ces algues. L’ analyse microscopique et chimique d’échantillons de ces galettes indiqua qu’ elles étaient constituées presque exclusivement, non pas d’algues, mais de la cyanobactérie filamenteuse Arthrospira, connue actuellement sous le nom de spiruline. L’analyse du Dihé révéla également la haute teneur protéinique et la grande richesse nutritive de cette nourriture naturelle. De ce jour, la communauté scientifique internationale et laboratoires industriels rattachèrent leurs programmes de recherche à l’étude des spirulines, intéressés par sa vitesse de croissance dans des milieux totalement minéraux et pour la richesse de ses constituants. Docteur en microbiologie, Ripley Fox fonda en 1968 le Laboratoire de la Roquette pour la recherche et la formation sur la culture des micro-algues. En 1971, il développa le concept de fermes à spirulines. La cyanobactérie du genre Arthrospira a ainsi fait l’ objet de recherches biotechnologiques extensives de par son importance écologique, nutritionnelle et économique.

Actuellement de nombreuses ONG (ANTENNA, TECHNAP...), associations locales et autres sources de financement (Banque Africaine du Développement, CRDS au Bénin) des pays du Sud s’efforcent de lutter contre la malnutrition par l’adjonction de spiruline en tant que complément alimentaire, tout en essayant d’assurer aux populations une formation basique pour réussir une production familiale. Cependant la spiruline est oubliée des stratégies de lutte des nutritionnistes, des professionnels de la santé des organismes internationaux comme l’ UNICEF ou la FAO...alors que de grands groupes chinois, indiens ou américains (USA, Chili) se sont déjà lancer dans la culture industrielle à des fins pharmaceutiques, diététiques et trop peu souvent humanitaires.

Une question se pose alors :la culture des cyanobactéries pour la production de micronutriments est-elle une solution valable pour la santé humaine, la nutrition et le développement des pays du Sud ?

LES SPIRULINES OU « LA PLUS ANCIENNE NOURRITURE DU FUTUR »

GENERALITES SUR LES CYANOBACTERIES

Existant depuis plus de 3 milliards d’années, les cyanobactéries, anciennement appelées algues bleues ou cyanophycées, sont des microorganismes procaryotes vrais, dépourvues de membrane nucléaire, et uni ou pluricellulaires ; dans ce dernier cas, les cellules s’arrangent en amas de type colonies, le plus souvent en filaments composés de cellules alignées. A la limite entre le règne animal et le règne végétal, le groupe des cyanobactéries comprend l’ensemble des bactéries autotrophes, et dont capables de photosynthèse. Elles assurent en complément une fonction de respiration incomplète et certaines espèces, majoritairement filamenteuses, sont capables de fixer l’azote atmosphérique. La reproduction se réalise par scission simple ou multiple, bourgeonnement ou fragmentation hasardeuse. Certaines espèces, et notamment les spirulines, présentent des formes résistantes à la dessiccation, qui peuvent « germer » ou se régénérer lorsque les conditions du milieu le permettent.

SYSTEMATIQUE DU GENRE ARTHROSPIRA

A titre d’ information : - la ou les spirulines est le nom commercial de cyanobactéries appartenant au genre Arthrospira
 spirulina est le nom commercial anglophone ainsi que le nom scientifique (Spirulina) d’un genre de cyanobactéries assez éloigné d’Arthrospira.
 Arthrospira est le nom scientifique d’un genre de cyanobactéries filamenteuses alimentaires commercialisées sous le nom de spirulines.

A l’ heure actuelle, un minimum de 50 souches d’Arthrospira a été découvert de par le monde et étudié pour en décrire sa diversité génétique. Il n’ existerait alors qu’ une ou deux espèces génétiques parmi ces souches, ce qui laisse à supposer que le nombre d’ espèces de ce genre est fortement réduit (WILMOTE 2004). Les souches les plus connues et les plus utilisées actuellement restent celles provenant du Mexique Arthrospira paracas, de Madagascar A. platensis ou encore A.maxima.

DEVELOPPEMENT NATUREL ET CROISSANCE DES SPIRULINES

Par distinction du reste des cyanobactéries, le milieu naturel de développement et de croissance de l’ensemble des souches d’Arthrospira est caractérisé par des eauxEau / EauxL’eau est un concept très largement abordé au sein des stages Objectif Sciences, que ça soit sous la forme de Vacances Scientifiques ou de Classes Sciences pour les établissements scolaires, et ce dans tous les pays où l’association est présente (Polynésie, France, Québec...). saumâtres, chaudes, alcalines ( 8 ‹ pH ‹ 11,5 ) et « natronées » (fortement concentrées en carbonates et bicarbonates) de la zone intertropicale. Les spirulines se développent dans un milieu exclusif, limitant toutes sortes de contamination par d’autres organismes, et tendent par leurs capacités biologiques à renforcer cet effet d’exclusion :
  augmentation du pH du milieu par consommation des carbonates et bicarbonates
  bloom (floraison) de surface très coloré limitant la pénétration de lumière dans l’eauEau / EauxL’eau est un concept très largement abordé au sein des stages Objectif Sciences, que ça soit sous la forme de Vacances Scientifiques ou de Classes Sciences pour les établissements scolaires, et ce dans tous les pays où l’association est présente (Polynésie, France, Québec...)., ce qui inhibe la prolifération micro algale et planctonique.
  production de molécules extracellulaires de défense très actives contre une vaste gamme de bactéries Le développement se réalise pour des températures d’eau allant de 28 à 40°C avec un idéal de croissance à 35°C (Miao Jian Ren, 2004), et pour une photopériode de 12 heures.

PRODUCTION ET OPTIMISATION DE LA CULTURE DES SPIRULINES

Un suivi et des recherches concernant le développement d’ Arthrospira en milieu naturel et milieux contrôlés ont permis d’établir des protocoles visant à optimiser la culture des spirulines de l’échelle familiale à industrielle.

PRODUCTION ARTISANALE ET FAMILIALE

La mise au point et la diffusion de méthodes rustiques de cultures artisanales relativement simples rendent l’utilisation des spirulines accessible aux populations des pays déshérités. Pour pallier aux difficultés de se fournir en intrants et outils dans certaines régions du monde, le système de culture traditionnel peut-être adapté au pays du Sud en simplifiant la technologie par quelques procédés simples et naturels (Jean Bernard GROS, POSTER) :
  bacs de culture fabriqués avec des bâches plastiques sur un remblais de terre ou en béton - ajout d’ urine pour l’apport en azote et de rouille pour l’apport en fer. - utilisation des eaux usées de porcheries

De nombreuses ONG et association internationales se sont engagées dans la diffusion et la promotion des bienfaits de la spiruline. Plusieurs d’entre-elles, telles que Antenna Technologies ou Technap, ont développées des fermes écologiques en Inde ou à Madagascar, où elles tentent d’organiser des formations en nutrition et santé pour les femmes : culture de jardins nutritionnels, composition de menus équilibrés et incorporation de spiruline aux repas traditionnels. C’est également le cas de petites fermes à but humanitaire qui fonctionne sur une distribution gratuite d’1/3 de la récolte et sur la revente du reste pour assurer l’autonomie de l’exploitation. Ces fermes proposent une véritable coopération pour essayer de venir à bout du problème de malnutrition dans le monde, en considérant en premier lieu le capital humain local et son apprentissage technique.Le rendement de ces cultures familiales et artisanales est de l’ordre de 6g/m² de biomasse sèche.

ADAPTATION DES SOUCHES CULTURES

Malheureusement, le premier facteur limitant souvent l’extension de la culture des spirulines dans les pays du Sud, en dehors des intrants et matériaux nécessaires, est le manque d’eau (Fox, 1999). Cependant les spirulines peuvent se développer en milieu marin (Materrassi et al, 1984 ; Tredecci et al, 1986 ; Wu et al, 1993), et il existe déjà dans le monde des fermes aquacoles qui cultivent les spirulines dans des eaux salées. Actuellement, des études en cours sont justement basées sur l’adaptation de la souche A. platensis à l’eau de mer, pour des concentrations en sels allant jusqu’à 44 PSU. Il se pose cependant le problème des fortes concentrations en calcium et magnésium pour lesquelles les souches traditionnelles ne se développent pas ;il faut donc précipiter ces éléments avec du carbonate et du bicarbonate de soude et, après élimination du précipité, enrichir le milieu de culture avec de l’urée, du fer et du phosphore. Les résultats de ces travaux emmènent à la conclusion que les spirulines poussent mieux actuellement en eau douce qu’ en eau de mer. Cependant, la production de biomasse de Spirulina platensis en eau de mer est loin, bien au contraire, d’ être négligeable. Les études à venir seront donc axées sur l’amélioration des conditions physico-chimiques et matérielles de la culture (jerisoa).

PRODUCTION INDUSTRIELLE

Les techniques de culture développées par les firmes industrielles allient les performances biologiques du genre Arthrospira (concentration de souches,récolte) à la haute technologie. De bassins surdimensionnés à des photobioréacteurs de haute productivité, les spirulines ont connues de nombreuses techniques de culture, qui maintenant essaient de couvrir de faibles consommations d’énergie, une haute rentabilité et souplesse de production. Cette production est principalement utilisée comme complément de « régime alimentaire » dans les pays du Nord, et de petites quantités son réservées à l’aquaculture, au nourrissage animalier et à l’industrie cosmétique. La spiruline est cultivée sous conditionnement dans des bassins de type « raceway », récoltée, lavée, et concentrée sur des écrans vibrateurs et autres concentrateurs, puis séchée et pulvérisée en fines poudres de densité variable. Chaque jour, les contenus nutritionnels sont contrôlés et des analyses sont effectuées pour la microbiologie, les impuretés, les métaux lourds, résidus de pesticides etc.

A titre d’exemple, l’entreprise chilienne Solarium Biotechnologie S.A., après 15 années de terrain à différents niveaux de production, a un savoir faire suffisant pour développer des projets de production partout où les conditions climatiques et basiques permettent la croissance de cette cyanobactérie, et a, à ce titre, étudié les facteurs de réussite : - fluctuation de la température diurne
  changement de pression osmotique dû à l’ évaporation
  haute teneur en O2
  photo-oxydation, respiration, photo-inhibition - équipement et moyens technologiques Le rendement de ces exploitations peut atteindre

COMPOSITION BIOCHIMIQUE DU GENRE ARTHROSPIRA APPORTS NUTRITIONNELS DES SPIRULINES

« La spiruline est apparue au début comme une nouvelle source de biomasse riche en protéines pour la production de combustible, puis comme source alimentaire de premier intérêt pour l’ homme ». D’après différentes études, les teneurs en éléments nutritifs du genre Athrospira sont généralement constant mais peuvent varier d’une souche à l’autre et en fonction des conditions de culture ( ). Sommairement, les spirulines sont composées en matière séche de (Emile Gaydou) 50 à 70% de protéines à bonne digestibilité (75 à 83 %),15% à 25% de glucides et 6 à 8% de lipides ; les apports nutritionnels principaux se décomposent en :

- 10 acides gras essentiels dont l’acide gamma linolénique
  17 acides aminés dont 8 essentiels (déficience en lysine , tryptophane et méthionine)
  11 vitamines dont la provitamine A (ß-carotène), l’ensemble des protéines B et la vitamine E (tocophérols)
  12 minéraux et oligo-éléments dont le fer, le calcium, le magnesium le phosphore et le potassium Contrairement à d’autres micro-organismes proposés comme sources de protéines (levures, chlorelles, scenedesmus ...) la spiruline ne contient pas de parois cellulosiques, ce qui explique leur très bonne digestibilité. Cet ensemble de résultat est en faveur d’une utilisation d’Arthrospira comme supplément alimentaire en protéines, acides gras essentiels et en vitamines, comme l’indiquent de nombreux brevets déposés dans ce domaine ( E. GAYDOU). Par ailleurs pour favoriser l’acceptation de ce complément, il a été développé divers aliments enrichis avec Arthrospira platensis : soupe instantanée, pâtes, dessert chocolaté, gelée, boissons et gâteaux. Des essais préliminaires ont été réalisés pour déterminer les quantités de spirulines nécessaire pour chaque aliment sans cependant en altérer le goût ; ainsi, la quantité possible à rajouter est de 1g pour conserver la saveur ,excepté les pâtes qui tolèrent jusqu’à 2,5g. Des analyses chimiques ont également été réalisées pour vérifier et confirmer l’enrichissement nutritionnel des aliments.

TOXICITE DES SPIRULINES

Les cyanobactéries produisent un très grand nombre de métabolites secondaires bioactifs dont des toxines responsables de cas d’empoisonnements humains ou animal. Les genres ou espèces de cyanobactéries synthétisant des molécules toxiques sont le plus fréquemment isolés d’habitats aquatiques, dulcicoles ou marins. Quant au genre Arthrospira, il n’est pas toxique. En effet, les spirulines ne possèdent pas les gènes qui assurent la synthèse des cyanotoxines (isabelle Iteman). Dans un cadre alimentaire, et en considérant le milieu exclusif dans lequel pousse les spirulines, aucun cas avéré d’intoxication n’a été rapporté (L. Charpy).

ESSAIS NUTRITIONNELS DES SPIRULINES SUR L’ HOMME

Selon l’OMS et l’UNICEF, un enfant sur trois en Afrique et un sur cinq en Asie souffrent de malnutrition. Ils ne sont pas, la plupart du temps, victimes de famine mais plûtot d’une carence en vitamines et autres micro-nutriments, dont les plus fréquent sont la Vitamine A le fer et l’iode. Non traitée chez l’enfant, ces carences peuvent conduire à des conséquences irréversibles telles que retard mental, cécité, infections fatales et problèmes de croissance et mortalité jeune. Les résultats d’une étude menée sur les effets de la supplantation quotidienne de 10 g de spirulines, mélangé à de la bouillie de mil, sur 56 enfants malnutris graves (âgés de 6 à 24 mois) en phase initiale de réalimentation, montrent une rapide amélioration des signes cliniques dès le 4ème jour d’ hospitalisation, avec un amendement complet dès le 7ème jour. Quant aux signes biologiques, ils ont connu une progression très satisfaisante dans l’ensemble des cas. Seul le poids moyen des enfants a connu une progression relativement faible étant donné la gravité de l’état initial. ((HERBERT DEGBEY). Néanmoins d’autres expériences n’ont pas donné lieu à des publications dans des revues spécialisées par manque de moyens humains et financiers des ONG, qui ne peuvent appliquer des protocoles expérimentaux adaptés et reconnus scientifiquement. La conséquence en est le scepticisme des chercheurs nutritionnistes sur les intérêts des spirulines dans la lutte contre la malnutrition. L’essai le plus probant reste évidemment celui des populations consommant traditionnellement de la spiruline, comme les Kanembous du Tchad. Cette consommation, bien que régulière, est assez faible, de l’ordre de 10 à 12 grammes par jour et par personne, sauf pour les femmes enceintes qui en consomment nettement plus. Il serait spécialement intéressant de savoir si ces populations souffrent de carences alimentaires, et de les comparer aux populations voisines qui ne consomment pas de spirulines. Le but n’étant pas de créer un remède miracle, mais de la faire accepter comme complément alimentaire, le terme le mieux adapté pour désigner la spiruline pourrait être ALICAMENT, condensé de ALIment ET médiCAMENT ( RAVELO vvolanavolana).

AUTRES EFFETS ET UTILISATIONS VALORISANTES DES SPIRULINES

Comme dans le secteur de la santé, les cyanobactéries du genre Arthrospira ont su, depuis leurs découverte par le monde scientifique et industriel, s’insurger dans bien d’autres domaines par leurs qualités énergétiques, thérapeutiques et cosmétiques. En Chine, de nombreuses recherches ont été menées ces dix dernières années par le Life Science College sur les fonctions cliniques des spirulines, à travers des expérimentations sur les rats et les humains. Les spirulines se sont révélées (Jian-hong li) compenser les dommages causés au système sanguin par des radiations et la chimiothérapie,protéger les organes des lésions dues à l’ozone et aux radicaux, empêcher la formation de fibromes dans le foie, inhiber le développement des tumeurs et des cellules de Héla, et réduire le GHb pour les diabétiques non insulino-dépendants... etc. D’ autres expérimentations, menées aux Brésil par le Département des sciences physiologiques à Rio Grande, approuvent les propriétés thérapeutiques des spirulines dans le traitement de l’hypercholestérolémie, et leur effet inducteur sur la sensibilité des cellules tumorales humaines résistantes au traitement chimiothérapeutique (J. COSTA). Les spirulines favorisent le système immunitaire en augmentant l’activité des macrophes et des cellules T et participent également à la production de gamma interféron, ce qui peut inactiver l’ activité virale, notemment dans le cas du HIV1-humain et HSV-1 (virus simplex de l’herpès) (AHMA BELAY). La NASA et l’ESA prête également attention aux spirulines et des tests de cultures en apesanteur sont réalisées ; elles permettraient alors de fournir de l’ oxygène et de la nourriture. Les soviétiques, quant à eux, l’utilisent déjà chez les sous-mariniers.

CONCLUSION

Le développement des spirulines, adapté aux conditions climatiques des pays du Sud, permet de réaliser des cultures à diverses échelles, en tenant compte des ressources locales : eau, moyens techniques et financiers, facteurs humains. De par sa composition, la biodisponibilité de ces composants, son acceptabilité et sa non-toxicité, elles sont, de plus, utilisable pour l’alimentation humaine ; et de fait, elle est consommée depuis longtemps par des populations retranchées. Les exemples de réussite des cultures industrielles dans les pays émergents, tels que l’Inde, la Chine ou le Chili, démontrent la faisabilité et la rentabilité de telles entreprises. Et les niveaux de technicité requis sont à la portée de nombreux autres pays du Sud, pour lesquels un investissement gouvernemental serait bénéfique pour se lancer dans ce type de production. En effet, si maîtriser la technique de culture est une condition indispensable, cela reste insuffisant pour pérenniser une production : les ONG et associations à but humanitaire délaissent trop souvent l’aspect financier d’une exploitation à long terme ; certaines fermes ont cependant prouvé la possibilité de rentabiliser économiquement une exploitation à but social et de réaliser un « profit humanitaire ». D’un point de vue financier, seules les organisations gouvernementales et intergouvernementales sont capables d’ accompagner les petits organismes dans la lutte contre la malnutrition. De ce fait, le devenir des spirulines reste de l’entière responsabilité des professionnels de la santé et des nutritionnistes, qui doivent être convaincu de la supplantation des spirulines aux repas traditionnels. Pour cela, il est vital de continuer les recherches sur les composants nutritionnels de la spiruline et leur biodisponibilité, d’améliorer encore des techniques de culture et développer la formation. Et, pour parfaire le tout, il serait fondamental de procéder, selon un protocole scientifique et médical, à des études sur les effets de la spiruline sur la santé et l’état nutritionnel des populations, afin qu’elles soient acceptées et reconnues par tous.

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