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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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Microalgae and cyanobacteria are asserting themselves as new and promising vegetable bio-resources in numerous applications, ranging from the production of pigments and polyunsaturated fatty acids to that of biofuels, including fodder for fish hatcheries or the decontamination of industrial gaseous effluents (CO2 fixation) or liquids (nitrate, phosphate, metal fixation...). Transforming this potential into industrial reality involves processes suitable to the production processes, based on specific design principles. The diversity of applications and associated constraints leads to an array of varied technology, from the inefficient and inexpensive rustic system to enhanced high-productivity technology.
Auteur(s)
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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)
-
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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Modélisation et outils théoriques d'ingénierie2. Principes de conception des systèmes de culture
2.1 Facteurs limitants
Les facteurs limitants sont en ordre décroissant : la lumière, la source de carbone, les nutriments minéraux (en supposant la température et le pH maintenus dans des gammes acceptables, et une culture bactériologiquement saine). Les limitations minérales et carbonées peuvent être évitées, mais l'apport de lumière apparaîtra très souvent limitant. Cela conduit à l'élaboration de réacteurs à géométries spécifiques, où la captation et l'exploitation de la lumière deviennent des points clés. Cela sera à concilier avec les contraintes d'exploitation (niveau de contrôle, production visée, ressources disponibles en eau, CO2...), les besoins de la souche et son comportement (sédimentation, biofilms).
HAUT DE PAGE2.2 Apport de carbone et de minéraux
Idéalement, l'apport doit maintenir une concentration non limitante, sauf cas particulier où une carence volontaire induit une réponse biologique répondant à un objectif de production, comme la suraccumulation d'un métabolite . Cet apport est calculé sur la base des besoins de la μA (voir les équations stœchiométriques 1 ou 2) ou par mesure de la concentration résiduelle dans le milieu. L'apport peut se faire en début de culture (mode batch),...
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Principes de conception des systèmes de culture
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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