Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les microalgues et cyanobactéries s'affirment comme une bioressource végétale nouvelle et prometteuse dans nombre d'applications, allant de la production de pigments et d'acides gras polyinsaturés à celle de biocarburants, en passant par celle de fourrage pour écloseries de poissons ou de dépollution d'effluents industriels gazeux (fixation de CO2) ou liquides (fixations de nitrates, phosphates, métaux...). La transformation de ce potentiel en réalité industrielle implique des procédés adéquats de production, reposant sur des principes de conception spécifiques. La diversité d'applications et de contraintes associées mène à un panel technologique varié, allant du système rustique peu performant et peu coûteux, aux technologies intensifiées à très haute productivité.
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Jérémy PRUVOST : GEPEA, UMR 6144 CNRS/Université de Nantes/École des mines de Nantes/ENITIAA, CRTT (Saint-Nazaire)
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Jean-François CORNET : Clermont Université, École nationale supérieure de chimie, Laboratoire de génie chimique et biochimique, EA 3866 de l'université Blaise Pascal (Clermont-Ferrand)
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François LE BORGNE : AlgoSource Technologies (Saint-Nazaire)
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Jean JENCK : AlgoSource Technologies (Saint-Nazaire)
INTRODUCTION
les microalgues et cyanobactéries s'affirment comme une bioressource végétale nouvelle et prometteuse dans nombre d'applications, allant de la production de pigments et d'acides gras polyinsaturés à celle de biocarburants, en passant par celle de fourrage pour écloseries de poissons ou de dépollution d'effluents industriels gazeux (fixation de CO2) ou liquides (fixations de nitrates, phosphates, métaux...). La transformation de ce potentiel en réalité industrielle implique des procédés adéquats de production, reposant sur des principes de conception spécifiques. La diversité d'applications et de contraintes associées mène à un panel technologique varié, allant du système rustique peu performant et peu coûteux, aux technologies intensifiées à très haute productivité.
microalgae and cyanobacteria are considered as a new and promising biosource in number of applications, from production of pigments and polyunsaturated fatty acids to biofuels, via fodder for aquaculture or waste treatment of liquid effluents (sequestering nitrates, phosphates, metals) or gaseous effluents (fixing CO2). The transformation of this potential into industrial reality requires adequate production processes, based on sound conception principles. The diversity of applications and constraints leads to a large panel of technologies, from the rustic systems at low cost and low efficiency to intensified technologies at very high productivities.
photobioréacteurs, microalgues, cyanobactéries, production, biomasse
photobioreactors, microalgae, cyanobacteria, biomass production
Domaine : Technique de production
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : photobioréacteur, raceway, lagune
Domaines d'application : nutrition, santé, environnement, chimie verte, énergie
Principaux acteurs français :
Pôles de compétitivité : Pôle Mer Bretagne, TRIMATEC
Centres de compétence : GEPEA, LGCB, Ifremer, CEA
Industriels : AlgoSource, Alpha Biotech, Innovalg, Microphyt
Autres acteurs dans le monde : Université de Wageningen (Pays-Bas), Université Ben Gourion du Désert (Israël), Université de Florence (Italie), Université d'Almeria (Espagne), NREL (États-Unis)
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Culture des micro-organismes photosynthétiques5. Conclusion et perspectives
La production industrielle de biomasse microalgale répond à des contraintes propres menant à des systèmes de culture spécifiques. Contrairement aux bioréacteurs conventionnels utilisés pour les levures ou bactéries, où la technologie de fermenteur s'est imposée, la culture de micro-organismes photosynthétiques est réalisée dans un panel technologique diversifié, sans qu'un système ne puisse être privilégié. Cela s'explique en grande partie par le besoin d'un apport optimisé de lumière qui s'impose comme une contrainte majeure de conception, et mène à plusieurs solutions possibles d'exploitation (solaire, source artificielle). L'échelle de production est également un point clé, l'exploitation de microalgues pouvant être réalisée en solaire sur des surfaces importantes de plusieurs centaines d'hectares. Actuellement, une grande partie de la production mondiale de biomasse microalgale est produite de façon solaire et extensive, dans des bassins de surface supérieure à 1 000 m2.
Les systèmes ouverts souffrent toutefois de limitations sévères, inhérentes à leur principe même, et donc difficiles, voire impossibles, à contourner (risque élevé de contaminations, manque de contrôle des conditions de culture, limitation par la source de carbone). Au final, même pour les systèmes les plus sophistiqués comme les raceways, les concentrations restent faibles et les productivités limitées. Malgré une utilisation largement répandue, une maturité technologique semble acquise avec des limites de productivités qui semblent aujourd'hui atteintes (même s'il faut bien noter que ces productivités restent supérieures à celles des plantes terrestres, dont la moyenne en Europe, bien que très variable suivant le type de culture est d'environ 5 t/(ha · an).
L'autre technologie en systèmes clos, appelée «photobioréacteur», apporte un contrôle poussé des conditions de culture, et permet ainsi d'atteindre les performances maximales en biomasse. Comme le montrent les différents exemples de photobioréacteurs, utiliser une géométrie fermée fait cependant franchir un palier technologique, vers des installations plus onéreuses et plus délicates à mettre en œuvre. À ce jour, l'utilisation de ces systèmes se limite donc à des installations de taille modeste, avec un usage privilégié en lumière artificielle où un haut niveau de performance et de contrôle...
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Conclusion et perspectives
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - TAKACHE (H.), CHRISTOPHE (G.), CORNET (J.F.), PRUVOST (J.) - Experimental and theoretical assessment of maximum productivities for the microalgae Chlamydomonas reinhardtii in two different geometries of photobioreactors. - Biotechnol. Prog., 26(2), p. 431-440 (2010).
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(2) - PRUVOST (J.), VAN VOOREN (G.), COGNE (G.), LEGRAND (J.) - Investigation of biomass and lipids production with Neochloris oleoabundans in photobioreactor. - Bioresour. Technol., 100, p. 5988-5995 (2009).
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(3) - PRUVOST (J.), VAN VOOREN (G.), LE GOUIC (B.), COUZINET-MOSSION (A.), LEGRAND (J.) - Systematic investigation of biomass and lipid productivity by microalgae in photobioreactors for biodiesel application. - Bioresour. Technol., 102, p. 150-158 (2011).
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(4) - RICHMOND (A.) - Principles for attaining maximal microalgal productivity in photobioreactors : an overview. - Hydrobiologia, 512, p. 33-37 (2004).
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(5) - RICHMOND (A.) - Handbook of microalgal culture : biotechnology and applied phycology. - Blackwell Sciences Ltd., Oxford, UK (2004).
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