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Les microalgues
Les microalgues
Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesP.B.A.
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Microalgues rouges
Microalgues brun/or
Diatomées
Microalgues dorées
Dinophycée
Microalgues vertes
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Les microalgues: Une diversité
Les microalgues
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Marée rouge lumineuse causée par le Dinoflagellé Noctiluca scintillans
Noctiluca scintillans
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Black Sea in Bloom
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Phytoplankton bloom off the coast of Argentina
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Phytoplankton off the coast of Portugal
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Phytoplankton off the west coast of Africa
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Les microalgues: Une diversité
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Cultures
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Culture de Dunaliella salina pour son béta-carotène
Jean-Paul CADORET
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Ferme à spiruline en Thaïlande
Jean-Paul CADORET
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des Algues
Culture de Haematococcus pluvialis pour son astaxanthine
Jean-Paul CADORET
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des Algues
(Allemagne)
• 700 m3
• 500 km de tube
• 150 tonnes/an
• 25 €/kg
Jean-Paul CADORET
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Des stratégies de production
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Applications
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Alimentation animale
HuîtresPoissonsCrustacésVolaillesPorcs
Cosmétique
DermatologieProtection capillaire
Alimentation humaine
SpirulineDiatomée
Nutraceutique
Acides gras polyinsaturés DHA, EPA, AA
Santé
AntiradicalaireExopolysaccharidesAntiproliferateursAntivirauxUsine Cellulaire
Energie
HydrogèneBiodieselMéthane
Environnement
Captage du carboneDépollutionRemédiation
Les microalgues
Industrie
ColorantEnzymesAdhesifsFltration
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Les microalgues
Alimentation
COOH
COOH
COOH
C20:4(n-6)AA
C20:5(n-3)EPA
C20:6(n-3)DHA
Acide arachidonique
Acide eicosapentaénoïque
Acide docosahexaénoïque
Acides Gras PolyInsaturés à longue chaîne
Le mammifères ont besoin d’Acides Gras PolyInsaturés à longue chaine.
Ils ne peuvent les synthétiser
Nous les obtenons du poisson qui ne les synthétisent pas non plus
Les poissons les obtiennent des microalgues !
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Pigments photosynthétiques
Chlorophyllesvert / bleu-vert
PhycobiliprotéinesPhycoérythrine ( B-PE, R-PE ) rose, rouge, violet
Phycocyanine ( R-PC, C-PC ) bleu
Allophycocyanine bleu-vert
Caroténoïdes
α - ß – γ carotène jauneXanthophylles ( Lutéine ) orange, brun-rouge
(a-d)
Les microalgues
Des molécules originales chez les microalgues
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Ecophysiologie
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Ecophysiologie
Irradiance
Nutrition minérale
Interactions facteurs du milieu
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Ecophysiologie
Modélisation de la distribution de l’irradiance
Modélisation de l’écoulement
croissance = f (Irradiance)
Irradiance
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Ecophysiologie
Nutrition minéraleCultures en chemostat
Consommation des macro-élémentset quotas cellulaires
Caractérisation des populations
Métabolisme N, P, Fecouplage avec l’approche E.S.T.
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30jours
Nb
cellu
les
(x10
6 .mL-1
)
Les microalgues
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Influence et interactions des facteurs environnementaux
pHT°
Lumière
CO2
Résistancechauffante
Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesP.B.A.
Ecophysiologie
Les microalgues
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Les microalgues
Metabolisme
Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesP.B.A.
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesP.B.A.
Les microalgues
Suivi de la concentration cellulaire
0.000
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000
20.000
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00Temps (jour)
Nb
cell
(x 1
06 .mL-1
)
-5.00
5.00
15.00
25.00
35.00
45.00
55.00
65.00
75.00
nutr
imen
ts (m
g.L-1
)
nb cell apport NO3
Plus de comptage possible:
cellules en paquet
30.03.04
01.04.0
15.04.0
30.04.04
N, P, Fe, O2/CO2
Challenges et Fonctions (E.S.T.)
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesP.B.A.
Les microalgues
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Les microalgues
Usine Cellulaire
Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesP.B.A.
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesP.B.A.
Les microalgues
Usine cellulaire: Produire des molécules nouvelles
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Usine cellulaire: Produire des molécules nouvelles
Les autres systèmes sont insuffisants:
Les bactéries procaryotes ne font que des molécules simplesLes levures sont lentes et parfois imparfaites Les cellules animales sont chères et font peurLes plantes dressées sont des OGMs en plein air
Les microalgues:
Processent des molécules complexesSont en environnement sûr dans des PhotobioreacteursOffrent un temps de R+D très courtPossèdent deux voies complémentaires de synthèse (noyau et chloroplaste) Beaucoup moins chères à cultiver que les cellules animales
Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesP.B.A.
Les microalgues
Une « Start-up »
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milieu de culture
microalgue
Microfiltration
Ultrafiltration
L’un des principes
Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesP.B.A.
Usine cellulaire: Produire des molécules nouvelles
Les microalgues
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Une diatomée: Phaeodactylum tricornutum
Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesP.B.A.
Usine cellulaire: Produire des molécules nouvelles
Les microalgues
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesP.B.A.
Phaeodactylum tricornutum
Usine cellulaire: Produire des molécules nouvelles
Les microalgues
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesP.B.A.
Phaeodactylum tricornutum
Usine cellulaire: Produire des molécules nouvelles
Les microalgues
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesP.B.A.
Phaeodactylum tricornutum
Usine cellulaire: Produire des molécules nouvelles
Les microalgues
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Biodiesel
Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesJean-Paul CADORET
Les microalgues
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesJean-Paul CADORET
FiscalitéEnvironnementPollutionPolitique énergétiqueIndépendance énergétiqueCréation d’emploi
Les microalgues
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesJean-Paul CADORET
Les microalgues
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des Algues
Rendements de croissance à l'hectare supérieurs
Pas de conflit avec l'approvisionnement alimentaire
Gestion de l’eau non conflictuelle si culture en eau de merPlasticité métabolique importante,
Maîtrise du cycle de l'azote et du phosphore
Couplage possible à une source de CO2 industrielle
Offrant une récolte continue
Pas d'apport de phytosanitaires
Gestion de l’eau non conflictuelle si culture en eau de mer
Nombreux sous-produits valorisables
Technologie exploitable dans les pays en voie de développement
Avantage des microalgues
Jean-Paul CADORET
Les microalgues
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0
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50
Colza Tournesol Innovalg NREL Richmond (2004) Ifremer Pulz (2004) Roswell USA
Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des Algues
g/m2/jour0.9 g/m2/jour Colza
0.6 g/m2/jour Tournesol
13 g/m2/jour Innovalg (Société privée)
10 g/m2/jour (Sheehan et al. 1998) (NREL),
28 g/m2/jour (Richmond 2004),
30 g/m2/jour Ifremer Nantes
41 g/m2/jour (Pulz 2004).
50 g/m2/jour Roswell
Rendements en g/m2/jours
Jean-Paul CADORET
Microalgues et Biodiesel
Microalgues
Les microalgues
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesJean-Paul CADORET
Rendements en litres d’huile par hectare
Microalgues* Sur la base de 50% de lipides
0
10 000
20 000
30 000
40 000
50 000
60 000
70 000
80 000
90 000
100 000
Algues USA 100 000
Algues ifremer 23700
Palmier 5950
Noix de coco 2689
Colza 1500
Ricin 1413
Tournesol 952
Carthame 779
Soja 446Pa
lmie
r
Alg
ues
USA Alg
ues
Ifrem
er *
Noi
x de
coc
o
Col
za
Ric
in
Tour
neso
l
Car
tham
e
Soja
Les microalgues
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des Algues
Alimentation du bétail, de la volaille, des poissons, Combustible, Engrais, Les Produits à haute valeur ajoutéeLes vitamines dont la vitamine K, vitamine anti-hémorragique.Les phospholipides, constituants fondamentaux de la membrane cellulaire.Les acides gras polyinsaturés (AGPI): le DHA (Docosahexaenoic acid), l’EPA (Eicosapentaenoic acid),
l’Acide arachidonique sont présents dans la structure des membranes biologiques et jouent un rôle très important dans la régulation des fonctions biologiques, dans la prévention et traitement de maladies humaines comme les maladies cardiaques et inflammatoires.
Les pigments principaux : chlorophylle a et b, colorants verts.Les pigments accessoires : la phycoerythrine, les phycobillines dont l’allophycocyanine et la
phycocyanine, les xanthophylles, les caroténoides dont le ß-carotène, l’astaxanthine, lecanthaxanthine, la fucoxanthine et la lutéine.
Les enzymes, catalyseurs du monde vivant : HydrogénasesLes sucres : Carbohydrates (ex : Chlorella sp.), polysaccharides sulfatés (ex : Porphyridium sp.)Les antioxydants permettent de lutter contre les radicaux libres: SOD (Superoxyde dismutase).Les oligoélements et éléments chimiques : le silicium organique (Ex : Odontella aurita) joue un rôle
important dans la nutrition des tissus conjonctifs (cartilage, peau, parois vasculaires...) et la minéralisation de l'os (il favorise la fixation des autres minéraux).
Co-produits potentiels
Jean-Paul CADORET
Les microalgues
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesJean-Paul CADORET
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60
1 2 3
Huile idéaleColza
Huile idéaleDiatomée
Huile idéaleAlgue X
Huile idéaleAlgue Y
Huile idéaleAlgue verte
Huile pour la combustion1 – Saturée2 – Monoinsaturée3 – Polyinsaturée
Les microalgues
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesJean-Paul CADORET
Les microalgues
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des Algues
Quelles surfaces de cultures nécessaires ?Quelles sont les surfaces disponibles en France et en Europe ? Comment concilier la proximité de station d’épuration, de centrale
émettrices de CO2 et de lagunes ou de bassins de culture d’eau de mer disponibles ?
Comment mesurer en cas de succès, l’impact de milliers d’hectares de culture d’algues sur la géographie des zones humides nationales ?
Stabilité des teneurs en lipidesLes coûts des oligoéléments L'ajout et le devenir de la silice dans le métabolisme des diatoméesRécupération des microalgues Algue d'eau douce ou algue d'eau de mer ?Quels risques de contamination ?
Questions
Jean-Paul CADORET
Les microalgues
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Les microalgues
Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des Algues
Partenaires du projet ANR:
• COMORE (Contrôle et modélisation de ressources renouvelables) de l’INRIA de Sophia-Antipolis : l'objectif global de l’équipe est d'appliquer des méthodes de l'automatique (régulation, surveillance, contrôle optimal) et de la théorie des systèmes dynamiques à la modélisation mathématique de ressources vivantes exploitées (ressources renouvelables) et à leur gestion.
• LOV (Laboratoire d’Océanographie de Villefranche) UMR 7093 Villefranche sur mer : la croissance phytoplanctonique contrôlée par un stress variable en lumière ou en azote (conditions de productions de lipides) est étudiée depuis près de 15 ans à travers une approche expérimentale visant à mesurer les principales variables réagissant à une variation de la ressource nutritive.
• LB3M (Laboratoire de Bioénergétique et Biotechnologie des Bactéries et Microalgues) CEA Cadarache : ce laboratoire est spécialisé dans l’étude des processus photosynthétiques chez les algues et les cyanobactéries. Les recherches ont pour but de comprendre, en vue de les optimiser, les mécanismes de production de molécules à forte valeur énergétique.
• GEPEA (GEnie des Procédés Environnement Agroalimentaire), UMR-CNRS 6144, Universitéde Nantes : le GEPEA regroupe les compétences en génie des procédés de la métropole Nantes Saint-Nazaire (Université de Nantes, Ecole des Mines de Nantes et ENITIAA). Le laboratoire développe le Génie des Procédés dans 3 domaines, l’environnement, l’agroalimentaire, et la valorisation des produits de la mer.
• LGPEB (Laboratoire de Génie des Procédés et d’Elaboration de Bioproduits), UMR Cirad 16. : le LGPEB met au point des procédés de séparation et/ou de réactions en milieux liquides dilués et étudie l’adaptation de différents types de moteurs diesel pour une alimentation avec des huiles végétales.
• Société Valcobio (SARL) :Valcobio est une société qui a été créée au mois d’octobre 2005 afin de développer des procédés non polluants de production de biocarburant.
• LPPE (Laboratoire de Procédés Propres et Environnement), UMR CNRS 6181 MSNMGP, Université Paul Cézanne Aix Marseille : le LLPE possède une expertise reconnue dans le domaine des procédés de traitement du solide.
Shamash
3ans
Un million d’euros
Jean-Paul CADORET
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des Algues
Boucle de culture demicroalgues, intégrant le sources de nutriments et les débouchés valorisables
Stations d’épuration
Centrales thermiques
Mélange/ Piégeage
Culture haut rendement
Ensemencement
Production d’acides gras
Extraction
Co- produits Fermentation
Energie
Résidusde biomasse
Huiles végétales
Jean-Paul CADORET
Les microalgues
Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesJean-Paul CADORET
Alimentation animale
HuîtresPoissonsCrustacésVolaillesPorcs
Cosmétique
DermatologieProtection capillaire
Alimentation humaine
SpirulineDiatomée
Nutraceutique
Acides gras polyinsaturés DHA, EPA, AA
Santé
AntiradicalaireExopolysaccharidesAntiproliferateursAntivirauxUsine Cellulaire
Energie
HydrogèneBiodieselMéthane
Environnement
Captage du carboneDépollutionRemédiation
Les microalgues
Industrie
ColorantEnzymesAdhesifsFltration
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Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesJean-Paul CADORET
Alimentation animale
HuîtresPoissonsCrustacésVolaillesPorcs
Cosmétique
DermatologieProtection capillaire
Alimentation humaine
SpirulineDiatomée
Nutraceutique
Acides gras polyinsaturés DHA, EPA, AA
Santé
AntiradicalaireExopolysaccharidesAntiproliferateursAntivirauxUsine Cellulaire
Energie
HydrogèneBiodieselMéthane
Environnement
Captage du carboneDépollutionRemédiation
Les microalgues
Industrie
ColorantEnzymesAdhesifsFltration
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010011110010000111
AGCTTTAAGGCATTTAGC
Laboratoire Physiologie et Biotechnologie des AlguesJean-Paul CADORET
Alimentation
Santé
Energie
Environnement
Les microalgues
Industrie
BiologiemoléculaireBiochimie
EcoPhysiologie
BioInformatique
ConservationGénétique