Les microalgues - genoweb1.irisa.frgenoweb1.irisa.fr/OGP/ftp/Presentations_Gen2Bio/... · Metabolisme P.B.A. Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des Algues. ... Les plantes

Les microalgues

Les microalgues

Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesP.B.A.

Microalgues rouges

Microalgues brun/or

Diatomées

Microalgues dorées

Dinophycée

Microalgues vertes

Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesJean-Paul CADORET

Les microalgues: Une diversité

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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des Algues

Marée rouge lumineuse causée par le Dinoflagellé Noctiluca scintillans

Noctiluca scintillans

Jean-Paul CADORET

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Black Sea in Bloom

Jean-Paul CADORET

Les microalgues

http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/NewImages/Images/BlackSea_S2002124_lrg.jpg

Phytoplankton bloom off the coast of Argentina


Les microalgues

Phytoplankton off the coast of Portugal


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Phytoplankton off the west coast of Africa


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Les microalgues: Une diversité

Les microalgues

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Cultures



Les microalgues


Culture de Dunaliella salina pour son béta-carotène

Jean-Paul CADORET

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Ferme à spiruline en Thaïlande

Jean-Paul CADORET

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Culture de Haematococcus pluvialis pour son astaxanthine

Jean-Paul CADORET

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(Allemagne)

• 700 m3

• 500 km de tube

• 150 tonnes/an

• 25 €/kg

Jean-Paul CADORET

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Des stratégies de production

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Applications


Les microalgues


Alimentation animale

HuîtresPoissonsCrustacésVolaillesPorcs

Cosmétique

DermatologieProtection capillaire

Alimentation humaine

SpirulineDiatomée

Nutraceutique

Acides gras polyinsaturés DHA, EPA, AA

Santé

AntiradicalaireExopolysaccharidesAntiproliferateursAntivirauxUsine Cellulaire

Energie

HydrogèneBiodieselMéthane

Environnement

Captage du carboneDépollutionRemédiation

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Industrie

ColorantEnzymesAdhesifsFltration


Les microalgues

Alimentation

COOH

COOH

COOH

C20:4(n-6)AA

C20:5(n-3)EPA

C20:6(n-3)DHA

Acide arachidonique

Acide eicosapentaénoïque

Acide docosahexaénoïque

Acides Gras PolyInsaturés à longue chaîne

Le mammifères ont besoin d’Acides Gras PolyInsaturés à longue chaine.

Ils ne peuvent les synthétiser

Nous les obtenons du poisson qui ne les synthétisent pas non plus

Les poissons les obtiennent des microalgues !


Pigments photosynthétiques

Chlorophyllesvert / bleu-vert

PhycobiliprotéinesPhycoérythrine ( B-PE, R-PE ) rose, rouge, violet

Phycocyanine ( R-PC, C-PC ) bleu

Allophycocyanine bleu-vert

Caroténoïdes

α - ß – γ carotène jauneXanthophylles ( Lutéine ) orange, brun-rouge

(a-d)

Les microalgues

Des molécules originales chez les microalgues


Ecophysiologie

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Ecophysiologie

Irradiance

Nutrition minérale

Interactions facteurs du milieu


Les microalgues


Ecophysiologie

Modélisation de la distribution de l’irradiance

Modélisation de l’écoulement

croissance = f (Irradiance)

Irradiance

Les microalgues


Ecophysiologie

Nutrition minéraleCultures en chemostat

Consommation des macro-élémentset quotas cellulaires

Caractérisation des populations

Métabolisme N, P, Fecouplage avec l’approche E.S.T.

0

2

4

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10

12

0 10 20 30jours

Nb

cellu

les

(x10

6 .mL-1

)

Les microalgues

Influence et interactions des facteurs environnementaux

pHT°

Lumière

CO2

Résistancechauffante


Ecophysiologie

Les microalgues

Les microalgues

Metabolisme



Les microalgues

Suivi de la concentration cellulaire

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

20.000

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00Temps (jour)

Nb

cell

(x 1

06 .mL-1

)

-5.00

5.00

15.00

25.00

35.00

45.00

55.00

65.00

75.00

nutr

imen

ts (m

g.L-1

)

nb cell apport NO3

Plus de comptage possible:

cellules en paquet

30.03.04

01.04.0

15.04.0

30.04.04

N, P, Fe, O2/CO2

Challenges et Fonctions (E.S.T.)


Les microalgues

Les microalgues

Usine Cellulaire



Les microalgues

Usine cellulaire: Produire des molécules nouvelles


Les autres systèmes sont insuffisants:

Les bactéries procaryotes ne font que des molécules simplesLes levures sont lentes et parfois imparfaites Les cellules animales sont chères et font peurLes plantes dressées sont des OGMs en plein air

Les microalgues:

Processent des molécules complexesSont en environnement sûr dans des PhotobioreacteursOffrent un temps de R+D très courtPossèdent deux voies complémentaires de synthèse (noyau et chloroplaste) Beaucoup moins chères à cultiver que les cellules animales


Les microalgues

Une « Start-up »

milieu de culture

microalgue

Microfiltration

Ultrafiltration

L’un des principes



Les microalgues

Une diatomée: Phaeodactylum tricornutum



Les microalgues


Phaeodactylum tricornutum


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Biodiesel


Les microalgues


FiscalitéEnvironnementPollutionPolitique énergétiqueIndépendance énergétiqueCréation d’emploi

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Rendements de croissance à l'hectare supérieurs

Pas de conflit avec l'approvisionnement alimentaire

Gestion de l’eau non conflictuelle si culture en eau de merPlasticité métabolique importante,

Maîtrise du cycle de l'azote et du phosphore

Couplage possible à une source de CO2 industrielle

Offrant une récolte continue

Pas d'apport de phytosanitaires

Gestion de l’eau non conflictuelle si culture en eau de mer

Nombreux sous-produits valorisables

Technologie exploitable dans les pays en voie de développement

Avantage des microalgues

Jean-Paul CADORET

Les microalgues

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5

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50

Colza Tournesol Innovalg NREL Richmond (2004) Ifremer Pulz (2004) Roswell USA


g/m2/jour0.9 g/m2/jour Colza

0.6 g/m2/jour Tournesol

13 g/m2/jour Innovalg (Société privée)

10 g/m2/jour (Sheehan et al. 1998) (NREL),

28 g/m2/jour (Richmond 2004),

30 g/m2/jour Ifremer Nantes

41 g/m2/jour (Pulz 2004).

50 g/m2/jour Roswell

Rendements en g/m2/jours

Jean-Paul CADORET

Microalgues et Biodiesel

Microalgues

Les microalgues


Rendements en litres d’huile par hectare

Microalgues* Sur la base de 50% de lipides

0

10 000

20 000

30 000

40 000

50 000

60 000

70 000

80 000

90 000

100 000

Algues USA 100 000

Algues ifremer 23700

Palmier 5950

Noix de coco 2689

Colza 1500

Ricin 1413

Tournesol 952

Carthame 779

Soja 446Pa

lmie

r

Alg

ues

USA Alg

ues

Ifrem

er *

Noi

x de

coc

o

Col

za

Ric

in

Tour

neso

l

Car

tham

e

Soja

Les microalgues


Alimentation du bétail, de la volaille, des poissons, Combustible, Engrais, Les Produits à haute valeur ajoutéeLes vitamines dont la vitamine K, vitamine anti-hémorragique.Les phospholipides, constituants fondamentaux de la membrane cellulaire.Les acides gras polyinsaturés (AGPI): le DHA (Docosahexaenoic acid), l’EPA (Eicosapentaenoic acid),

l’Acide arachidonique sont présents dans la structure des membranes biologiques et jouent un rôle très important dans la régulation des fonctions biologiques, dans la prévention et traitement de maladies humaines comme les maladies cardiaques et inflammatoires.

Les pigments principaux : chlorophylle a et b, colorants verts.Les pigments accessoires : la phycoerythrine, les phycobillines dont l’allophycocyanine et la

phycocyanine, les xanthophylles, les caroténoides dont le ß-carotène, l’astaxanthine, lecanthaxanthine, la fucoxanthine et la lutéine.

Les enzymes, catalyseurs du monde vivant : HydrogénasesLes sucres : Carbohydrates (ex : Chlorella sp.), polysaccharides sulfatés (ex : Porphyridium sp.)Les antioxydants permettent de lutter contre les radicaux libres: SOD (Superoxyde dismutase).Les oligoélements et éléments chimiques : le silicium organique (Ex : Odontella aurita) joue un rôle

important dans la nutrition des tissus conjonctifs (cartilage, peau, parois vasculaires...) et la minéralisation de l'os (il favorise la fixation des autres minéraux).

Co-produits potentiels

Jean-Paul CADORET

Les microalgues


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1 2 3

Huile idéaleColza

Huile idéaleDiatomée

Huile idéaleAlgue X

Huile idéaleAlgue Y

Huile idéaleAlgue verte

Huile pour la combustion1 – Saturée2 – Monoinsaturée3 – Polyinsaturée

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Les microalgues


Quelles surfaces de cultures nécessaires ?Quelles sont les surfaces disponibles en France et en Europe ? Comment concilier la proximité de station d’épuration, de centrale

émettrices de CO2 et de lagunes ou de bassins de culture d’eau de mer disponibles ?

Comment mesurer en cas de succès, l’impact de milliers d’hectares de culture d’algues sur la géographie des zones humides nationales ?

Stabilité des teneurs en lipidesLes coûts des oligoéléments L'ajout et le devenir de la silice dans le métabolisme des diatoméesRécupération des microalgues Algue d'eau douce ou algue d'eau de mer ?Quels risques de contamination ?

Questions

Jean-Paul CADORET

Les microalgues

Les microalgues


Partenaires du projet ANR:

• COMORE (Contrôle et modélisation de ressources renouvelables) de l’INRIA de Sophia-Antipolis : l'objectif global de l’équipe est d'appliquer des méthodes de l'automatique (régulation, surveillance, contrôle optimal) et de la théorie des systèmes dynamiques à la modélisation mathématique de ressources vivantes exploitées (ressources renouvelables) et à leur gestion.

• LOV (Laboratoire d’Océanographie de Villefranche) UMR 7093 Villefranche sur mer : la croissance phytoplanctonique contrôlée par un stress variable en lumière ou en azote (conditions de productions de lipides) est étudiée depuis près de 15 ans à travers une approche expérimentale visant à mesurer les principales variables réagissant à une variation de la ressource nutritive.

• LB3M (Laboratoire de Bioénergétique et Biotechnologie des Bactéries et Microalgues) CEA Cadarache : ce laboratoire est spécialisé dans l’étude des processus photosynthétiques chez les algues et les cyanobactéries. Les recherches ont pour but de comprendre, en vue de les optimiser, les mécanismes de production de molécules à forte valeur énergétique.

• GEPEA (GEnie des Procédés Environnement Agroalimentaire), UMR-CNRS 6144, Universitéde Nantes : le GEPEA regroupe les compétences en génie des procédés de la métropole Nantes Saint-Nazaire (Université de Nantes, Ecole des Mines de Nantes et ENITIAA). Le laboratoire développe le Génie des Procédés dans 3 domaines, l’environnement, l’agroalimentaire, et la valorisation des produits de la mer.

• LGPEB (Laboratoire de Génie des Procédés et d’Elaboration de Bioproduits), UMR Cirad 16. : le LGPEB met au point des procédés de séparation et/ou de réactions en milieux liquides dilués et étudie l’adaptation de différents types de moteurs diesel pour une alimentation avec des huiles végétales.

• Société Valcobio (SARL) :Valcobio est une société qui a été créée au mois d’octobre 2005 afin de développer des procédés non polluants de production de biocarburant.

• LPPE (Laboratoire de Procédés Propres et Environnement), UMR CNRS 6181 MSNMGP, Université Paul Cézanne Aix Marseille : le LLPE possède une expertise reconnue dans le domaine des procédés de traitement du solide.

Shamash

3ans

Un million d’euros

Jean-Paul CADORET


Boucle de culture demicroalgues, intégrant le sources de nutriments et les débouchés valorisables

Stations d’épuration

Centrales thermiques

Mélange/ Piégeage

Culture haut rendement

Ensemencement

Production d’acides gras

Extraction

Co- produits Fermentation

Energie

Résidusde biomasse

Huiles végétales

Jean-Paul CADORET

Les microalgues




Cosmétique



SpirulineDiatomée

Nutraceutique


Santé


Energie


Environnement


Les microalgues

Industrie





Cosmétique



SpirulineDiatomée

Nutraceutique


Santé


Energie


Environnement


Les microalgues

Industrie


010011110010000111

AGCTTTAAGGCATTTAGC


Alimentation

Santé

Energie

Environnement

Les microalgues

Industrie

BiologiemoléculaireBiochimie

EcoPhysiologie

BioInformatique

ConservationGénétique

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