Etude de la culture des micro-algues

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Le principale avantage de ces moyen de culture est leur facilitée de constriction et d’entretien, en comparaison aux bassins fermés. Cependant, la lumière ne pénètre pas de manière suffisante aux cellules. L’évaporation entraîne une perte d’eau, donc un surcoût et ils nécessitent un grand terrain. De plus, les risques de contamination élevés limitent la production de microalgues aux espèces habituées aux conditions extrêmes.

Une solution à une partie de ces inconvénients majeurs a été apportée par la mise en place de systèmes similaires, plus petits et contenus dans une enceinte. Ces système permettent un meilleur contrôle de l’environnement et sont aujourd’hui de plus en plus utilisés dans la culture de la spirule, l’une des microalgues les plus exploitées. [pic 9]

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- En photobioréacteurs

Les microalgues peuvent aussi être cultivées dans des photobioréacteurs (PBR) qui intègrent une source de lumière spécifique : celle de la lumière solaire. Le terme de photobioréacteur est, par abus de langage, opposé aux systèmes « raceway », ouvert ou clos, mais qui en sont tout autant puisqu’ils utilisent la même source d’énergie. Il en existe différents types : [pic 15]

- Les réacteurs tubulaires, horizontaux ou verticaux,

- Les réacteurs en colonne verticaux,

- Les réacteurs en colonne à bulles,

- Les réacteurs à remous,

- Les réacteurs « immobiles ».[pic 16]

Parmi cela, les PBR tubulaires sont les plus appropriés pour les cultures massives à l’extérieur.

Ce sont des longs tubes (droits, enroulés ou en forme de looping) transparents disposés de manière à capter au mieux la lumière. Ces photobioréacteurs conçus de manière à isoler les cultures de toutes contaminations extérieures sont donc entièrement fermés. Mais en cas de trop forte luminosité, ils peuvent entrainés une photoinhibition, une destruction de l’appareillage photosynthétique. La plus part sont en verre ou en plastique et de forme variées : horizontale, verticale, conique, ou bien inclinée. L’aération et le mélange des cultures à l’intérieur sont assurés par une pompe à air ou un système de flux d’air.

Ce qui rend les PBR tubulaires si aptes à la culture à l’extérieur, c’est leur grande surface d’exposition. Leur plus grand défaut est la piètre qualité du transfert des masses à l’intérieur des réacteurs (apport du dioxyde de carbone aux cellules, et retrait de l'oxygène). Ce transfert ne s’effectuant pas correctement, l’accumulation de l’oxygène s’accroit de manière proportionnelle à la taille des photobioréacteurs. Des études ont ainsi montré que des niveaux très élevé d’oxygène dissous sont atteints dans ces derniers. Un autre défaut de ces cultures est le contrôle du pH ; l’enceinte entièrement fermé rend celui-ci délicat pour le moment.

Les photobioréacteurs peuvent permettre à plus d’espèce de croître que les bassins « raceway ». Il peut y être introduit des microalgues toute l’année s’il est chauffé.

Ce sont des systèmes entièrement clos donc tous les nutriments nécessaires à la croissance de microalgues doivent être solubilisés dans l’eau. Il est tout aussi possible d’introduire un courant d’eau stérilisée enrichie en nutriments et CO2. Une fois la culture en PBR lancées, elle peut durer plusieurs jusqu’à plusieurs mois.

Les photobioréacteurs peuvent être éclairés par une lumière artificielle (PBR de laboratoire), ou solaire (PBR inclinés ou horizontaux de plein air), voir même parfois les deux. La température des photobioréacteurs doit être contrôlée pour maintenir les températures de culture dans une fourchette optimale pour la culture. Pour cela les petits PBR sont placé dans une pièce à température constante et les plus grands, situés à l’air libre, possède des techniques très pointues tel qu’une double paroi éclairés de l’intérieur couplée à un système de chauffage et de refroidissement de l’eau.

Au vu des données présente dans le tableau ci-dessous, la productivité en huile pour les photobioréacteurs quel que soit la quantité de lipides est environ 1.4 fois plus élevé que pour les « raceway ». Cependant ce tableau présente uniquement des résultats théorique, les chiffres ne sont pas exacts dans la réalité. Or, si l'avenir voit naître une demande de production importante, il faudra faire face à ces inconvénients et y trouvé des solutions.[pic 17]

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- La photosynthèse

Les végétaux chlorophylliens utilisent l'énergie de la lumière pour produire de la matière organique à partir de matière minérale: c'est la photosynthèse. Toutes les réactions de la photosynthèse ont lieu dans les chloroplastes.

On distingue 2 phases dans le processus de la photosynthèse:- une phase dite lumineuse qui est dépendante de la lumière,- une phase dite obscure, le Cycle de Calvin, pour laquelle la lumière n'est pas nécessaire. 1. LA PHASE LUMINEUSE:- L'énergie lumineuse nécessaire est captée par la chlorophylle qui va servir à casser une molécule d'eau en O2 et H+.L'O2 est relâché sous forme de gaz et l'hydrogène va servir à fabriquer du NADPH + H+ et les électrons vont servir à fabriquer de l'ATP.

2. LA PHASE OBSCURE:- l'ATP produit lors de la phase lumineuse permet de fabriquer du glucose en utilisant le CO2 présent dans l'air et absorbé par les chloroplastes.- Le CO2 va entrer dans un cycle de réactions qui vont permettre la formation, par étapes successives, de molécules de glucose (C6H12O6).

La photosynthèse dépend de facteurs externes tels que la lumière, et la température. En effet l'intensité de la lumière rend plus efficace la photosynthèse seulement jusqu'à un certain point. Et chaque plante a une température idéale pour faire un maximum de photosynthèse, sinon celle-ci diminue.​Cycle de Calvin[pic 22][pic 23]

Une des caractéristiques principales des microalgues est leur rendement photosynthétique, le rapport entre les rayons lumineux et l’énergie que stocke la plante, qui approche les 10%. C'est-à-dire