Microalgues marines : les enjeux de la recherche
(SOD). Les productivités maximales en continu
pour cette espèce atteignent 7 g.j"
1 par m
2 de surface développée (ou 20 g.j"
1 par m
2 de surface
projetée), et les concentrations 1 g.H (poids sec).
Dans le domaine public depuis 1 983
3 , cette technologie est également mise en œuvre par l'université Ben-Gourion du désert (Israël), et l'université d'Almeria (Espagne), pour la recherche.
Développements en cours
Photobioréacteur en lumière artificielle
À la suite de la cession du savoir-faire à sa filiale
Thallia Pharmaceuticals, le CEA a cessé toute activité de recherche dans le domaine en 1992.
L'IFREMER reste donc le seul établissement de
recherche public français (hors universités) à
poursuivre des travaux dans le domaine du génie
des procédés de production de microalgues. Un
programme cofinancé par la région des Pays de
Loire porte notamment sur le développement
d'un photobioréacteur à usage préparatif pour la
production de molécules à haute valeur ajoutée
et pour l'aquaculture. Les paramètres majeurs de
la culture en continu (turbidité, température, pH,
oxygène dissous, pression, lumière) sont stabilisés
par des régulations indépendantes. Le milieu
réactionnel circule en boucle dans une série de
chambres lumineuses équipées chacune d'une
lampe fluorescente. Ce concept, dit LAMP pour
« Lumière Artificielle, Moyenne Productivité »,
prévoit un assemblage des chambres en nombre
variable qui permet une adaptation de la taille du
réacteur aux différents besoins. Un contrôle poussé des flux entrant et sortant permet d'établir des
bilans liquides et gazeux.
L'exploitation du prototype en matière plastique
(LAMP 1 : 0,8 m
2 , 28 I, épaisseurs 30 et 8,5 mm)
est en cours à Nantes. Les productivités pour
P. cruentum atteignent 15 g/j par m
2 de surface
développée, et les concentrations 1 g/l. Après des
études s'appuyant notamment sur les résultats de
LAMP 1, un démonstrateur en inox et verre (LAMP
2 : 1,5 m
2 , 100 I, épaisseur 30 mm) est en cours
d'évaluation. Il présente des fonctionnalités nouvelles parmi lesquelles le réglage de l'intensité
lumineuse et la possibilité de stériliser à la vapeur.
Le développement de ce réacteur original sera
suivi, courant 1997, de celui des techniques de
récolte avec séparation de la biomasse et recyclage des solutions nutritives, selon un mode de
fonctionnement en continu. Lors du premier essai
avec P. cruentum, le réacteur a produit 23 g/m
2 /j
selon une concentration de 1,7 g/l pendant
250 heures, montrant un accroissement sensible
des performances. Outre la couverture des besoins
de la recherche en chimie preparative et en aquaculture, ce type d'équipement pourrait également
intéresser certaines PME.
Recherche amont en génie des procédés
de production
Une action visant à optimiser les échanges photoniques dans les chambres à lumière du photobioréacteur LAMP a été formalisée dans le cadre du
GIS Progebio, groupement d'intérêt scientifique
rassemblant des organismes de recherche impliqués dans le génie des procédés. Elle consiste dans
l'étude par modélisation physique et numérique
des vitesses transversales à la paroi optique.
Des solutions autres que la turbulence sont
recherchées pour renouveler les microorganismes
au droit de la paroi lumineuse. C'est ainsi que l'on
évaluera les écoulements tourbillonnaires induits
par la force centrifuge de type Dean, et CouetteTaylor qui se forment en régime laminaire (à faible
vitesse). La diminution des sollicitations mécaniques peut améliorer la culture des microalgues
fragiles (flagellées, à appendices) et rendre possible celle d'autres particulièrement sensibles
(dinoflagellés).
Coût de revient des microalgues
produites en phototrophie
A 300 F/kg, la biomasse cultivée sur eau salée souterraine est de loin la moins chère. Pour autant,
l'exploitation de cet avantage est limité par la difficulté de cultiver d'autres espèces que S. costatum, et par le fait que le vieillissement de ces eaux,
dont les gisements sont localisés, leur fait perdre
rapidement toute valeur nutritive. Viennent ensuite les réacteurs solaires de grande taille
(4 000 F/kg), puis en lumière artificielle de taille
preparative (8 000 F/kg), et enfin les salles d'algues
conventionnelles (plus de 10 000 F/kg). La main
d'œuvre est le poste principal dans le cas des
salles d'algues, à la différence des photobioréacteurs. La part du coût du milieu de culture est
3. Brevet Grande Bretagne de S.J. Pirt, univ. Londres, non étendu en France.
(SOD). Les productivités maximales en continu
pour cette espèce atteignent 7 g.j"
1 par m
2 de surface développée (ou 20 g.j"
1 par m
2 de surface
projetée), et les concentrations 1 g.H (poids sec).
Dans le domaine public depuis 1 983
3 , cette technologie est également mise en œuvre par l'université Ben-Gourion du désert (Israël), et l'université d'Almeria (Espagne), pour la recherche.
Développements en cours
Photobioréacteur en lumière artificielle
À la suite de la cession du savoir-faire à sa filiale
Thallia Pharmaceuticals, le CEA a cessé toute activité de recherche dans le domaine en 1992.
L'IFREMER reste donc le seul établissement de
recherche public français (hors universités) à
poursuivre des travaux dans le domaine du génie
des procédés de production de microalgues. Un
programme cofinancé par la région des Pays de
Loire porte notamment sur le développement
d'un photobioréacteur à usage préparatif pour la
production de molécules à haute valeur ajoutée
et pour l'aquaculture. Les paramètres majeurs de
la culture en continu (turbidité, température, pH,
oxygène dissous, pression, lumière) sont stabilisés
par des régulations indépendantes. Le milieu
réactionnel circule en boucle dans une série de
chambres lumineuses équipées chacune d'une
lampe fluorescente. Ce concept, dit LAMP pour
« Lumière Artificielle, Moyenne Productivité »,
prévoit un assemblage des chambres en nombre
variable qui permet une adaptation de la taille du
réacteur aux différents besoins. Un contrôle poussé des flux entrant et sortant permet d'établir des
bilans liquides et gazeux.
L'exploitation du prototype en matière plastique
(LAMP 1 : 0,8 m
2 , 28 I, épaisseurs 30 et 8,5 mm)
est en cours à Nantes. Les productivités pour
P. cruentum atteignent 15 g/j par m
2 de surface
développée, et les concentrations 1 g/l. Après des
études s'appuyant notamment sur les résultats de
LAMP 1, un démonstrateur en inox et verre (LAMP
2 : 1,5 m
2 , 100 I, épaisseur 30 mm) est en cours
d'évaluation. Il présente des fonctionnalités nouvelles parmi lesquelles le réglage de l'intensité
lumineuse et la possibilité de stériliser à la vapeur.
Le développement de ce réacteur original sera
suivi, courant 1997, de celui des techniques de
récolte avec séparation de la biomasse et recyclage des solutions nutritives, selon un mode de
fonctionnement en continu. Lors du premier essai
avec P. cruentum, le réacteur a produit 23 g/m
2 /j
selon une concentration de 1,7 g/l pendant
250 heures, montrant un accroissement sensible
des performances. Outre la couverture des besoins
de la recherche en chimie preparative et en aquaculture, ce type d'équipement pourrait également
intéresser certaines PME.
Recherche amont en génie des procédés
de production
Une action visant à optimiser les échanges photoniques dans les chambres à lumière du photobioréacteur LAMP a été formalisée dans le cadre du
GIS Progebio, groupement d'intérêt scientifique
rassemblant des organismes de recherche impliqués dans le génie des procédés. Elle consiste dans
l'étude par modélisation physique et numérique
des vitesses transversales à la paroi optique.
Des solutions autres que la turbulence sont
recherchées pour renouveler les microorganismes
au droit de la paroi lumineuse. C'est ainsi que l'on
évaluera les écoulements tourbillonnaires induits
par la force centrifuge de type Dean, et CouetteTaylor qui se forment en régime laminaire (à faible
vitesse). La diminution des sollicitations mécaniques peut améliorer la culture des microalgues
fragiles (flagellées, à appendices) et rendre possible celle d'autres particulièrement sensibles
(dinoflagellés).
Coût de revient des microalgues
produites en phototrophie
A 300 F/kg, la biomasse cultivée sur eau salée souterraine est de loin la moins chère. Pour autant,
l'exploitation de cet avantage est limité par la difficulté de cultiver d'autres espèces que S. costatum, et par le fait que le vieillissement de ces eaux,
dont les gisements sont localisés, leur fait perdre
rapidement toute valeur nutritive. Viennent ensuite les réacteurs solaires de grande taille
(4 000 F/kg), puis en lumière artificielle de taille
preparative (8 000 F/kg), et enfin les salles d'algues
conventionnelles (plus de 10 000 F/kg). La main
d'œuvre est le poste principal dans le cas des
salles d'algues, à la différence des photobioréacteurs. La part du coût du milieu de culture est
3. Brevet Grande Bretagne de S.J. Pirt, univ. Londres, non étendu en France.