Présentation

Article interactif

1 - EXPLOITATION INDUSTRIELLE DES MICROALGUES

2 - ALGORAFFINAGE OU VALORISATION D’EXTRAITS DE MICROALGUES

3 - PRODUITS ISSUS DES MICROALGUES

4 - ASPECTS RÉGLEMENTAIRES DES MICROALGUES POUR L’ALIMENTATION HUMAINE ET ANIMALE

5 - CONCLUSION

6 - SIGLES ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : CHV4032 v1

Exploitation industrielle des microalgues
Valorisation industrielle des microalgues photosynthétiques

Auteur(s) : Antoinette KAZBAR, Imma GIFUNI, Christophe LOMBARD, Benoit DEGRENNE, Jérémy PRUVOST, Olivier LéPINE

Date de publication : 10 déc. 2021

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Les microalgues apparaissent comme une bioressource végétale originale, offrant un potentiel applicatif qui tend à s’affirmer dans de nombreux domaines. Outre une biochimie très diversifiée ouvrant sur de nombreux usages, la croissance photosynthétique en systèmes de culture dédiés permet d’y associer une stratégie de valorisation de déchets : les effluents de diverses sources industrielles peuvent être convertis en une biomasse valorisable. Cet article détaille les principaux procédés utilisés, de la production de biomasse à la valorisation en composés d’intérêts. Différents exemples industriels sont présentés, ainsi que la réglementation associée aux usages alimentaires.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

Industrial valorisation of photosynthetic microalgae

Microalgae appear to be an original feedstock, with several applications of interest in many areas. In addition to a diversified biochemistry opening up to many uses, photosynthetic growth in dedicated cultivation systems makes it possible to combine this production with a waste recovery strategy: effluents from various industrial sources can be converted into recoverable biomass. This article will present the main processes used, from the production of biomass to the extraction of compounds of interest. Different industrial examples will be presented, as well as the regulations associated with food uses.

Auteur(s)

  • Antoinette KAZBAR : Docteur - Chef de Projets et Ingénieur de Recherche, AlgoSource Technologies, - Saint-Nazaire, France

  • Imma GIFUNI : Docteur - Chef de Projets et Ingénieur de Recherche, AlgoSource Technologies, - Saint-Nazaire, France

  • Christophe LOMBARD : Docteur – Ingénieur - Responsable Culture et Intégration Industrielle, AlgoSource Technologies, - Saint-Nazaire, France

  • Benoit DEGRENNE : Docteur - Chef de Projets et Ingénieur de Recherche, AlgoSource Technologies, - Saint-Nazaire, France

  • Jérémy PRUVOST : Professeur à l’université de Nantes - Laboratoire GEPEA, UMR 6144, Nantes Université/IMT Atlantique/Oniris - CNRS, Saint-Nazaire, France

  • Olivier LéPINE : Directeur général - AlgoSource Technologies Saint-Nazaire, France Alpha Biotech Assérac, France

INTRODUCTION

Le terme « microalgues » regroupe de façon générale les microorganismes photosynthétiques de quelques microns à quelques dizaines de microns se développant en milieu aqueux. Outre les microalgues proprement dites, cette famille englobe les cyanobactéries (dont fait partie la spiruline) également valorisées industriellement. Connues pour constituer le phytoplancton dans les océans, les microalgues représentent une ressource biologique émergente d’intérêt industriel croissant. Les microalgues sont riches notamment en protéines, lipides ou en molécules particulières aux activités biologiques fortes ou aux propriétés fonctionnelles originales, leurs produits d’intérêts sont donc variés. Ceux-ci, combinés à des rendements de production en surface en général plus élevés que pour les ressources agricoles conventionnelles, offrent des alternatives pertinentes, aussi bien comme nouvelle source alimentaire que comme matière première végétale pour des substituts à des produits pétro-sourcés.

La production mondiale en 2020 est estimée à quelques dizaines de milliers de tonnes par an (en biomasse sèche). La valorisation principale actuelle des microalgues s’effectue dans le secteur alimentaire, directement sous forme sèche ou intégrée comme ingrédient dans des formulations alimentaires. Leur teneur est souvent élevée en composés originaux, comme les pigments. Pour cette raison, la valorisation s’est développée également dans les industries nutraceutiques, pharmaceutiques et cosmétiques sous forme d’extraits enrichis en molécule d’intérêt. Plus de 30 % de la production mondiale de microalgues est également destinée à l’alimentation animale (et notamment aquacole). Ce secteur en pleine diversification voit ainsi la commercialisation croissante de produits dérivés des microalgues. Cela concerne notamment la demande mondiale en acides gras polyinsaturés et caroténoïdes (astaxanthine, β-carotène, lutéine), actuellement très convoités par les industriels. D’autres marchés sont émergents, comme les bioplastiques, les matériaux composites, la chimie fine, les fertilisants et les biocarburants de 3e génération. L’intérêt pour les microalgues concerne également le secteur de la phyto-remédiation pour l’épuration des nutriments et des métaux contenus dans les eaux usées, ainsi que les bioprocédés de valorisation de chaleur fatale et du gaz carbonique issu de fumées industrielles.

Depuis les années 1980, la production commerciale s’est concentrée sur quelques espèces de microalgues, parmi lesquelles Arthrospira platensis et Arthrospira maxima appelée communément spiruline (protéine alimentaire, antioxydant), Haematococcus pluvialis (pigment et antioxydant astaxanthine), Chlorella sp. (protéine alimentaire) et Dunaliella salina (antioxydant de type β-carotène). Le développement de l’industrie des microalgues est étroitement lié à l’amélioration des techniques de production et d’extraction de leurs molécules, mais aussi aux besoins de l’humain et aux règlementations qui jouent également un rôle fondamental, en particulier dans le domaine alimentaire. Les technologies de culture de microalgues à grande échelle, en bassin ou en photobioréacteur (PBR), ont été développées à partir des années 1950 et ont depuis grandement évolué. Avec les nouvelles technologies, il est maintenant possible de réaliser des cultures à grande échelle dans différentes régions du monde, et d’étendre le nombre d’espèces cultivables.

Dans cet article, sont présentées les principales microalgues utilisées dans l’industrie ainsi que leurs usages. En tant que biomasse aux caractéristiques très différentes des ressources agricoles traditionnelles (organismes microscopiques, développement en milieu aqueux), les principaux procédés de production et d’extraction sont ensuite donnés, avec les coûts associés. Le marché actuel des microalgues est finalement abordé. En tant qu’aspect clé des valorisations alimentaires, une vue d’ensemble sur les réglementations européennes vient conclure l’article.

Le lecteur trouvera en fin d’article un tableau des sigles et des symboles utilisés.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

KEYWORDS

microalgae   |   environment   |   products   |   market   |   industries

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-chv4032

CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :

Accueil Ressources documentaires Procédés chimie - bio - agro Bioprocédés et bioproductions Ressources marines et biotechnologies bleues Valorisation industrielle des microalgues photosynthétiques Exploitation industrielle des microalgues

Accueil Ressources documentaires Matériaux Plastiques et composites Plastiques et environnement Valorisation industrielle des microalgues photosynthétiques Exploitation industrielle des microalgues

Accueil Ressources documentaires Matériaux Matériaux fonctionnels - Matériaux biosourcés Matériaux biosourcés Valorisation industrielle des microalgues photosynthétiques Exploitation industrielle des microalgues

Accueil Ressources documentaires Ingénierie des transports Véhicule et mobilité du futur Carburants et matériaux allégés pour véhicule Valorisation industrielle des microalgues photosynthétiques Exploitation industrielle des microalgues

Accueil Ressources documentaires Innovation Éco-conception et innovation responsable Conception durable inspirée du vivant : le biomimétisme Valorisation industrielle des microalgues photosynthétiques Exploitation industrielle des microalgues

Accueil Ressources documentaires Procédés chimie - bio - agro Bioprocédés et bioproductions Biotech industrielles pour la chimie et l’énergie Valorisation industrielle des microalgues photosynthétiques Exploitation industrielle des microalgues


Cet article fait partie de l’offre

Chimie verte

(156 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

1. Exploitation industrielle des microalgues

1.1 Souches de microalgues utilisées en production industrielle

Les trois classes les plus importantes de microalgues en termes d’abondance sont les diatomées (Bacillariophyceae), les algues vertes (Chlorophyceae) et les algues dorées (Chrysophyceae). Toutes ces microalgues sont des eucaryotes qui se distinguent par la présence d’un noyau et d’organites séparés pour la photosynthèse (chloroplastes) et la respiration (mitochondries). Cela les différencie des cyanobactéries, comme par exemple la spiruline (Arthrospira platensis), qui sont des procaryotes et donc dépourvus de noyau. Dans ce rapport, les cyanobactéries (cyanophycées ou algues bleues) sont également appelées microalgues.

Il existe des centaines de milliers d’espèces différentes de microalgues et de cyanobactéries. Il en ressort une grande diversité, à la fois biologique et applicative :

  • les diatomées sont la forme de vie dominante du phytoplancton et représentent probablement le plus grand groupe de producteurs de biomasse sur terre. On estime qu’il existe plus de 100 000 espèces. Les parois cellulaires des diatomées contiennent de la silice polymérisée et elles accumulent souvent des huiles et de la chrysolaminarine (un polysaccharide de stockage). Odontella et Phaeodactylum sont des exemples de diatomées utilisées en industrie ;

  • les algues vertes sont particulièrement abondantes dans l’eau douce. L’amidon est le principal composé de stockage des algues vertes, bien que des huiles puissent également être produites. On peut citer ici trois exemples majeurs : l’algue verte d’eau douce Haematococcus pluvialis en tant que source d’astaxanthine, un caroténoïde d’intérêt notamment dans l’élevage des saumons ; l’algue verte d’eau douce Chlorella vulgaris en tant que complément alimentaire pour la nutrition humaine ; l’espèce d’algues halophiles (i.e. se développant à des salinités élevées, proches de la saturation en sel) Dunaliella en tant que source de β-carotène utilisée notamment en cosmétique ;

  • les algues dorées produisent également des huiles et des glucides et sont à cet égard utilisées de façon similaire aux diatomées ;

  • les algues bleu-vert (cyanobactéries) se trouvent dans une variété d’habitats (lacs, eaux saumâtres…)...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :

Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.

Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.

Obtenez CerT.I., la certification
de Techniques de l’Ingénieur !
Acheter le module

Cet article fait partie de l’offre

Chimie verte

(156 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Exploitation industrielle des microalgues
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - KAZBAR (A.) -   Étude de l’impact de la concentration en oxygène dissous et la présence d’une fraction sombre sur la performance des photobioréacteurs,  -  Thèse de doctorat. Nantes, Feb. (2018).

  • (2) - CHINI ZITTELLI (G.), RODOLFI (L.), BASSI (N.), BIONDI (N.), TREDICI (M.R.) -   Photobioreactors for microalgal biofuel production,  -  in Algae for Biofuels and Energy, Springer Netherlands, pp. 115–131 (2013).

  • (3) - GROBBELAAR (J.U.), KURANO (N.) -   Use of photoacclimation in the design of a novel photobioreactor to achieve high yields in algal mass cultivation,  -  in Journal of Applied Phycology, vol. 15, no. 2–3, pp. 121–126, doi: 10.1023/A:1023802820093 (2003).

  • (4) - KAZBAR (A.), COGNE (G.), URBAIN (B.), MAREC (H.), LE-GOUIC (B.), TALLEC (J.), TAKACHE (H.), ISMAIL (A.), PRUVOST (J.) -   Effect of dissolved oxygen concentration on microalgal culture in photobioreactors.  -  Algal Research, Volume 39, 101432 (2019). https://doi.org/10.1016/j.algal.2019.101432

  • (5) - PRUVOST (J.), LE BORGNE (F.), ARTU (A.), CORNET (J.-F.), LEGRAND...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Chimie verte

(156 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire

QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE

1/ Quiz d'entraînement

Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.

2/ Test de validation

Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Chimie verte

(156 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS