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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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Principes de conception des systèmes de culture1. Culture des micro-organismes photosynthétiques
1.1 Potentiel applicatif
Capables de synthétiser la plupart des éléments organiques essentiels comme les protéines, les sucres et les lipides, les microalgues et cyanobactéries présentent une biochimie très variée en comparaison d'autres micro-organismes. C'est d'ailleurs l'identification de métabolites particuliers qui a fortement encouragé la recherche, et notamment sur les molécules prisées des industries, comme les pigments, les polysaccharides ou divers composés biologiquement actifs. La diversité taxonomique des micro-organismes photosynthétiques étant énorme, les applications possibles se sont alors révélées dans des domaines aussi variés que l'alimentation, la pharmacologie ou la cosmétologie. Le choix de souches adaptées, et leur mise en culture dans des systèmes adéquats, permet de répondre à des grands enjeux de notre planète : agroalimentaire (source de protéines, de lipides d'intérêts type oméga 3), production propre d'énergies, dépollution d'effluents et recyclage de l'eau (fixation de nitrates, de phosphates, de CO2).
HAUT DE PAGE1.2 Croissance
La dénomination « micro-organismes photosynthétiques » regroupe les organismes microscopiques dont la croissance s'effectue par photosynthèse. Cela regroupe les microalgues et les cyanobactéries (cellules végétales, nommées ici « microalgues » et abrégées μA) ainsi que certaines bactéries (règne animal). La croissance des microalgues est basée sur le même principe que celle des plantes supérieures. En milieu aqueux, la lumière leur permet de croître par absorption des minéraux nécessaires et du carbone inorganique. Les systèmes de culture nécessitent un maintien de conditions physico-chimiques adéquates (pH, température T, force ionique...) et les apports suivants :
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lumière solaire ou artificielle, dans la gamme de longueurs d'onde actives pour la photosynthèse : 0,4 à 0,7 μm ;
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carbone dissous (inorganique en mode de production autotrophe) ;
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nutriments minéraux : azote sous forme nitrate ou ammonium, sulfate, phosphate, traces métalliques (Mg, Ca, Mn, Cu, Fe, etc.).
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Culture des micro-organismes photosynthétiques
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).
-
(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).
-
(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).
-
(4) - RICHMOND (A.) - Principles for attaining maximal microalgal productivity in photobioreactors : an overview. - Hydrobiologia, 512, p. 33-37 (2004).
-
(5) - RICHMOND (A.) - Handbook of microalgal culture : biotechnology and applied phycology. - Blackwell Sciences Ltd., Oxford, UK (2004).
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