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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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4. Technologies de production
4.1 Historique
Les premières cultures en milieu artificiel remontent à la fin du XIXe siècle, avec mise en évidence du besoin de sels inorganiques nutritifs (travaux du botaniste Famintzin en 1871). Ensuite viendront l'isolement de souches pour des cultures spécifiques et les premières études sur la nutrition microalgale. Les premiers procédés intensifs datent de la 2e guerre mondiale, pour trouver des solutions au ravitaillement des troupes allemandes. Ces efforts furent repris par des pays voyant dans les microalgues une source de protéines, mais butèrent rapidement sur la maîtrise des paramètres de culture et la définition des procédés adaptés. Dans les années 1970, l'intérêt s'est porté vers le traitement des déchets puis, suite aux crises pétrolières, vers l'utilisation de cette bioressource comme solution alternative aux problèmes énergétiques, ou comme moyen de production de produits chimiques. Conséquence de cette histoire mouvementée, il existe aujourd'hui une grande diversité de photobioréacteurs. Ci-dessous sont présentées les principales catégories, avec leurs avantages et inconvénients.
HAUT DE PAGE4.2 Diversité technologique
Les systèmes de production se distinguent par l'utilisation du rayonnement solaire ou d'une source de lumière artificielle (tubes fluorescents, lampes à décharge, DEL). Ils peuvent être ouverts à l'ambiant ou clos (photobioréacteur). Le mode d'exploitation du flux lumineux détermine également deux principes de fonctionnement : la captation directe, où la lumière pénètre dans la culture par la surface exposée, ou l'éclairage interne avec immersion des sources lumineuses. Le second principe, né à la fin des années 1980, vise à concevoir des systèmes aux productivités extrapolables en volume (contrairement à l'éclairage externe qui s'extrapole en surface).
HAUT DE PAGE4.3 Technologies solaires
Le soleil est une source gratuite, illimitée, avec des intensités élevées supérieures à la plupart des sources artificielles. Cette énergie est toutefois très fluctuante (cycles...
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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).
-
(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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