Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

1 Introduction Ce rapport est structuré en trois parties : Partie 1 : Aperçu gé

1 Introduction Ce rapport est structuré en trois parties : Partie 1 : Aperçu général sur le mécanisme de photosynthèse et cycle de vie de dunaleilla salina. Partie 2 : Décrira le fonctionnement de chaque mode de culture des microalgues. Partie3 : Consistera en l’étude de valorisation des microalgues. I. Mécanisme de photosynthèse Ce mécanisme consiste a une réaction d’oxydoréduction catalysée par l’énergie lumineuse et qui convertie le dioxyde de carbone et l’eau en sucre simples et en oxygène. Cette réaction globale se réalise en deux étapes : - Phase lumineuse : Cette réaction réalisée dans la membrane du chloroplaste. Elle permet la conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique pour produire un réducteur biochimique : Nicotinamide adénine dinucleotide phosphate NAPDH2 et un composé hautement énergétique l’adénosine triphosphate ATP qui sont nécessaire pour l’assimilation de carbone inorganique à la deuxième phase. L’oxygène libéré résulte de la dissociation de la molécule d’eau consommée. Cette réaction est particulièrement rapide. - Phase « obscure » ou sombre : Le siège de la réaction est situé dans le stroma où les produits de la phase claire vont participer à la réduction du CO2 en glucides. L’ATP et NAPDH formés lors de la phase photochimique sont nécessaires pour la fixation de carbone. Cette étape est significativement plus lente que la précédente. Figure : phase lumineuse et obscure de la réaction de photosynthèse  Cycle de vie des microalgues Le cycle de vie des microalgues défini par la courbe de croissance. Cette courbe est caractéristique de développement des micoalgues dans un milieu non renouvelé varie de 5 à 25 jours présente quatre phases :  Phase de latence : La phase de latence correspond à la période où le microorganisme s’adapte au milieu, la vitesse de croissance durant cette période est quasi nulle.  Phase exponentielle : C’est la phase où la vitesse de croissance est à son maximum. Les microorganismes se multiplient et la mortalité est faible (2 à 3 jours).  Phase stationnaire : Durant cette phase, la capacité du milieu est atteinte, la croissance est nulle, le taux de reproduction est égal au taux de mortalité. 2  Phase de déclin : Phase durant laquelle les microorganismes meurent et ne se reproduisent plus grâce à la absence des nutriment (milieu non renouvelé). Figure : cycle de vie de dunaleilla salina II. Culture des microalgues 1. Gestion des intrants Les algues peuvent être cultivées suivant deux modalités : soit en conditions photoautotrophes : la lumière solaire sert de source d’énergie et le CO2 de source de carbone et sont captés par la photosynthèse, soit en conditions hétérotrophes : de la matière organique est utilisée par fermentation comme source de carbone et d’énergie.  L’approvisionnement en nutriments Les principaux éléments dont doit disposer l’algue pour sa croissance et son maintien sont listés ci- après. Carbone : Dunaliella salina est une algue phototrophe stricte, elle puise l’énergie nécessaire à son maintien et à son développement exclusivement dans la lumière. Lors de la photosynthèse, elle fixe du carbone inorganique (autotrophe). La solubilité de ce carbone inorganique dans les eaux salées étant faible, il est nécessaire d’envisager des apports en carbone dans le cas d’une intensification de la culture. Une régulation du pH s’impose alors pour éviter de perturber la croissance. Il faut noter que selon le pH, le carbone inorganique n’est pas forcément sous une forme assimilable par la microalgue Azote : grâce a sa faible demande énergitique pour son assimilation, NH4 + est la source d’azote optimale pour la croissance de dunaliella salina. Ainsi la présence de l’azote en excès dans le milieu de culture favorise le stockage de carbone sous forme des triglycérides. Phosphore : Les phosphates sont la meilleure source de phosphore pour la croissance des algues. Cependant très fortes concentrations dans le milieu de culture peuvent inhiber la croissance de certains microalgues. Chlorure et sulfate : la présence de chlorure et sulfate assure un taux de croissance maximal pour le dunaleilla salina Autres besoins : selon le milieu de culture, les traces de Fe, Zn, Co, Cu, Mo et Mn sont nécessaires à la croissance des microalgues.  Les paramètres physico-chimiques à contrôler 3 Des nombreux facteurs sont susceptibles d’influencer la croissance des microalgues : des facteurs abiotiques tels que la lumière, la température, la salinité, le pH, la teneur en O2. La lumière : qui constitue la source d’énergie primaire des microalgues en conditions photoautotrophes, est bien évidemment un facteur déterminant de la productivité du système. La qualité (spectre adéquat avec la photosynthèse) et la quantité de lumière reçue peuvent être maximisées par le choix du site de culture, le mode de culture et l’intensité du mixage pour éviter la création de zones d’ombres stériles. La température : semble avoir un effet majeur sur la composition lipidique. Une augmentation de température tend généralement à augmenter la proportion d’acides gras saturés et inversement Le pH est principalement déterminé par la concentration en CO2. Au fur et à mesure qu’il est consommé le pH augmente. La mesure du pH sert donc d’indicateur pour modérer les flux entrants de CO2. Le mixage est un paramètre très important puisqu’un mixage efficace est le garant de hautes concentrations cellulaires, qu'il maintient les cellules en suspension, élimine les stratifications thermiques, améliore la distribution en nutriments et les échanges gazeux et réduit les zones d’ombre ainsi que les risques de photoinhibition. Tenneur en O2 : L’oxygène dissout à une action inhibitrice sur la photosynthèse et, combiné avec de fortes intensités lumineuses, peut causer des dommages photo-oxydatifs aux cellules. L’élimination de l’O2 se fait naturellement en bassin ouvert mais est contraignante pour les photobioréacteurs. 2. Mode de culture 2. a. Systèmes ouverts Les trois principaux designs de bassins en opération à relativement large échelle sont : - les bassins en boucle fermée (raceways) où le milieu de culture est mis en mouvement par des pales en rotation ; - les bassins circulaires où l’agitation est assurée par un bras rotatif ; - les bassins inclinés où le flux est assuré par la gravité et un système de pompe.  Description des raceways : De profondeur généralement comprise entre 15 et 50cm, le mixage et la circulation de l’eau permettent de garder les cellules en suspension. Les matériaux de construction des parois latérales et du fond des bassins peuvent être extrêmement variés : simplement du sable ou de la craie, du ciment ou des matériaux plus coûteux tels que des revêtements en PVC. La plupart des sites commerciaux emploient des membranes plastiques longues durées, faisant généralement 1- 2 mm d’épaisseur et résistantes aux ultra-violets et à la corrosion. En fonctionnement continu, les nutriments sont introduits devant les pâles en rotation. L’apport en CO2 se fait naturellement à l’interface air/eau mais peut être complété par des aérateurs immergés pour éviter les limitations en carbone. 4 Figure : Schéma d’un raceways et des flux associés à son fonctionnement. 2 .b. Système fermé : Photobioréacteur Les photobioréacteurs (PBR) sont des systèmes de culture fermés dont une partie du système, faite de matériau laissant passer la lumière, est allouée à la photosynthèse. Plus récents que les bassins ouverts, de très nombreuses innovations technologiques ont permis leur optimisation. Il existe des géométries très variées de PBR. On peut cependant distinguer trois grands types : - les Photobioréacteurs plats ; - les Photobioréacteurs tubulaires ; - les Photobioréacteusr à colonne verticale.  les Photobioréacteurs plats : Principe : les PBR plats sont des structures fines (moins de 10cm) et verticales qui offrent de larges surfaces éclairées. Description : Le mixage est réalisé par un barbotage de l’air injecté à la base. Du fait de l’importante surface éclairée et un mixage efficace, les densités cellulaires obtenues sont généralement élevées. Cette technique a été testé avec succès ce qui présuppose être pourrait intéressante à plus grande échelle. Figure : Schéma d’un PBR plat 5  les Photobioréacteurs tubulaires : Principe : La culture de microalgues circule cycliquement entre un réseau de tubes transparents et une colonne de dégazage. Description : les PBR tubulaires forment un réseau de tubes généralement de diamètre 10 cm ou moins afin de maximiser la pénétration lumineuse, organisés de façon horizontale, verticale, oblique ou en hélice. Les PBR tubulaire sont classiquement composés de trois éléments majeurs : une structure transparente de collecte lumineuse, une colonne de dégazage et une pompe. Les parois transparentes sont classiquement constituées de plastique ou de verre et forment la structure de collecte de l’énergie lumineuse. Figure : Schéma d’un PBR tubulaire  les Photobioréacteurs à colonne verticale. Principe : Les microalgues sont cultivées dans un cylindre vertical où le brassage est assuré par l’injection de gaz. Description : Les PBR en colonne permettent un mixage très efficace et offrent un maximum de contrôle des conditions de culture. Les cultures tendent à moins souffrir de photo-inhibition avec ce système qu’avec les autres types de photobioréacteurs. Figure : Schéma d’un PBR à colonne vertical avec un système de distribution de gaz. 6 Malgré de nombreux développement de photobioréacteurs, peu ont été jusqu’à uploads/Societe et culture/ article2-d-s.pdf