Les scientifiques agricoles et marins de l'Université de Californie ont uni leurs forces pour lutter contre l'une des plus grandes sources d'émissions de méthane en Californie :les rots de vache.

Les scientifiques ont découvert qu'une certaine espèce d'algues rouges, Asparagopsis taxiformis, produit un composé qui pourrait stopper la production bovine de méthane, un puissant gaz à effet de serre qui est 30 fois plus puissant que le CO2. Ceci est important car plus de la moitié de toutes les émissions de méthane en Californie proviennent du bétail, principalement des 1,8 million de vaches laitières de l'État lorsqu'elles rotent, exhaler, péter et produire du fumier. Parmi ces émissions liées au bétail, les rots emballent le plus de punch, représentant environ 95 % du méthane rejeté dans l'environnement.

Lorsque la Scripps Institution of Oceanography de l'écologiste marine de l'UC San Diego, Jennifer Smith, a lu une étude récente de l'UC Davis sur Asparagopsis, elle était intriguée. Avec une formation en botanique marine, en particulier la phycologie - l'étude des algues et des algues - Smith connaît très bien Asparagopsis. En réalité, elle s'est souvenue d'avoir vu certaines des algues rouges pousser au hasard dans un réservoir à l'aquarium expérimental de Scripps, une installation de recherche alimentée par l'eau de mer pompée depuis la fin de Scripps Pier.

Des recherches en cours menées par des agronomes de l'UC Davis ont révélé que l'ajout d'une petite quantité d'algues Asparagopsis à l'alimentation du bétail peut réduire considérablement les émissions de méthane des vaches laitières de plus de 50 pour cent. Ces premiers résultats sont prometteurs, mais on sait encore très peu de choses sur la possibilité de cultiver suffisamment d'algues pour répondre aux demandes potentielles de l'industrie de l'élevage.

A la recherche d'une opportunité de collaboration, à l'automne 2018, Smith a contacté Ermias Kebreab, professeur de sciences animales à l'UC Davis et chef de l'étude sur les algues. Smith était intéressé à essayer de cultiver Asparagopsis en laboratoire, ce qui n'avait jamais été fait auparavant, et à explorer la culture de cette algue rouge à plus grande échelle. Kebreab a répondu presque immédiatement, et bientôt Smith s'est retrouvée à se lancer dans un projet de passion d'algues chargé de potentiel.

« Je suis vraiment enthousiasmé par toutes les opportunités de recherche qui nous attendent pour comprendre essentiellement les complexités de cette belle algue rouge et pour essayer de comprendre comment nous pourrions l'utiliser pour atténuer la production de méthane chez les bovins, " dit Smith, professeur agrégé au Center for Marine Biodiversity and Conservation de Scripps.

Smith est bien connue pour ses recherches sur les récifs coralliens, en particulier son travail avec le projet 100 Island Challenge qui vise à cartographier et à collecter des données sur les récifs coralliens des îles du monde entier. Mais elle a également de l'expérience dans la culture des algues grâce à son travail avec California Seaweed Company, une startup qu'elle co-dirige avec l'ancien étudiant Brant Chlebowski qui cherche à cultiver durablement des algues culinaires de qualité supérieure.

Elle est bien consciente des défis auxquels elle devra faire face avec sa dernière entreprise.

"Asparagopsis est une algue compliquée et on sait peu de choses sur sa biologie, cela représente donc beaucoup d'opportunités d'un point de vue scientifique, et ce n'est pas quelque chose que nous pouvons juste commencer à mettre à l'échelle demain, " a déclaré Smith. "Nous avons beaucoup de travail à faire pour en savoir plus sur sa biologie, physiologie et écologie avant de pouvoir développer un modèle pour la culture à grande échelle. »

Atteindre un objectif 2030

L'étude UC Davis a été incitée, en partie, par l'adoption d'une récente loi californienne obligeant les producteurs laitiers et autres producteurs à réduire les émissions de méthane de 40 % d'ici 2030. Alors que les entreprises et les agriculteurs recherchent des méthodes abordables et efficaces pour réduire les émissions de méthane, il y a eu un intérêt accru pour une solution potentielle d'algues.

"Nous avons demandé à Jen de nous rejoindre car nous avions besoin d'un biologiste marin pour travailler sur la meilleure façon de cultiver les algues et d'augmenter la production, " dit Kebreab, Chaire Sesnon dotée du Département des sciences animales de l'UC Davis. "Une fois que nous avons montré son potentiel, nous nous attendons à une forte demande, nous devons donc commencer à travailler pour répondre à cette demande, et Jen serait cruciale pour le succès de cette technologie. »

Peu de temps après sa première conversation avec Kebreab, Smith est retournée à l'Aquarium Expérimental à la recherche de l'algue « pink scuzzy » qu'elle y avait vue deux ans auparavant. Pour son plus grand plaisir, il était encore dans l'aquarium, de plus en plus forte. Depuis quelques mois, elle a utilisé ces premiers échantillons pour faire pousser les algues, similaire à la façon dont les plantes succulentes peuvent être propagées à partir d'une seule coupe.

Les échantillons d'Asparagopsis maintenant hébergés dans le Smith Lab sont présentés dans une gamme éblouissante de flacons bouillonnants remplis de ce qui ressemble à de minuscules pompons roses se déplaçant sauvagement. Ces petites boules roses sont en fait des algues en phase de croissance sporophyte; juste l'une des trois phases qui existent dans le cycle de vie de cette algue. Smith est particulièrement intéressée à travailler sur les algues dans cette phase plus petite car elle a vu certains des échantillons doubler de taille en moins d'une semaine.

À l'heure actuelle, elle essaie de trouver le "sweet spot" où les algues poussent à leur plus haut taux, tout en augmentant sa concentration de bromoforme, le composé responsable d'interférer avec les enzymes qui produisent du méthane dans l'intestin d'une vache.

Smith a également mené diverses expériences pour comprendre comment la composition chimique et les taux de croissance des algues changent dans différentes conditions de laboratoire, notamment la température et la lumière, concentration en nutriments, et la concentration en CO2.

Afin d'assurer des cultures propres, elle n'utilise pas de flux dans l'eau de mer, car cela a le potentiel d'attirer des « auto-stoppeurs, " créatures marines ou contaminants potentiellement nocifs qui pourraient encrasser les échantillons.

Smith note que personne n'a jamais terminé le cycle de vie d'Asparagopsis en captivité, et il y a beaucoup de travail à faire pour voir si la culture de cette algue rouge est possible à plus grande échelle.

Comment cultiver des algues en masse

Asparagopsis taxiformis est une espèce subtropicale originaire d'endroits comme l'Australie et les îles Hawaï, mais on le trouve aussi dans des régions plus au nord, y compris la Basse-Californie, Mexique et divers endroits au large de la Californie du Sud, y compris San Diego et l'île de Catalina.

Les algues séchées utilisées pour l'étude UC Davis ont été récoltées dans la nature en Australie, où il est le plus abondant. Il est possible qu'à l'avenir, les chercheurs de l'UC Davis pourraient utiliser des échantillons d'algues cultivés par Smith dans ses études, mais elle note qu'il y a une limite à ce qu'un laboratoire peut produire.

"Je ne pense pas que je vais personnellement cultiver toutes les algues qui vont nourrir toutes les vaches, mais j'aimerais certainement contribuer au développement technologique, les approches et trouver la manière la plus efficace et la plus durable de le faire, " dit Smith.

Dans le futur proche, Smith prévoit de collecter différentes populations d'Asparagopsis d'autres endroits au large de la Californie afin qu'elle puisse faire pousser différentes souches génétiques en laboratoire. Elle est également impliquée dans une autre étude collaborative sur les algues dans laquelle les scientifiques séquenceront le génome de 12 types différents d'algues, l'un d'eux étant Asparagopsis.

Son objectif à long terme est de comprendre la manière la plus efficace et la plus négative en carbone de passer de la culture des algues en laboratoire à leur culture en extérieur dans de grands bacs, ou potentiellement même en pleine mer, une entreprise qu'elle pense est beaucoup plus loin sur la route. Mais pour l'instant, Smith dit que travailler sur la culture sur terre est la voie à suivre.

Le travail actuel de Smith sur la culture d'Asparagopsis est un one-woman show, mais elle prévoit d'élargir son équipe de recherche bientôt. Elle est motivée par la possibilité de contribuer à des recherches qui pourraient avoir des impacts durables sur l'environnement. Contrairement au CO2, qui persiste dans l'atmosphère pendant des centaines à des milliers d'années, le méthane a une durée de vie relativement courte d'environ 10 ans, ce qui signifie que les changements apportés aujourd'hui pourraient avoir un impact dans un proche avenir.

« L'opportunité de gérer potentiellement les émissions de méthane provenant des rots des vaches n'avait jamais vraiment été sur la table, " a déclaré Smith. "Mais avec cette collaboration inhabituelle – un biologiste marin travaillant avec l'industrie de l'élevage et des scientifiques de l'élevage – nous pourrions avoir une influence sur les émissions de gaz à effet de serre. C'est un mariage fou de trois domaines scientifiques totalement disparates et je suis vraiment ravi d'en faire partie."