Généralités sur les microalgues

Généralités sur les microalgues

Qu’est-ce qu’une microalgue ?

Les microalgues sont des micro-organismes photo synthétiques eucaryotes (ex: algues vertes, rouges et brunes) ou procaryotes (ex: cyanobactéries). Elles peuvent être unicellulaires ou multicellulaires. Elles ont la capacité de se développer rapidement dans des milieux et elles peuvent croître dans des conditions extrêmes (espèces halophiles dans les milieux très salés, espèces thermophiles dans les milieux très chauds). Les microalgues sont présentes dans quasiment tous les écosystèmes terrestres, et il en existe une grande variété d’espèces (50000 à 1million d’ espèces estimées pour 30 000 étudiées)[3][15].

Métabolisme algal

Les algues sont des organismes autotrophes ou phototrophes, c’est-à-dire qu’elles utilisent la lumière et du carbone inorganique (C02) afm de produire de l’énergie sous forme d’A TP et du sucre pour assurer leur croissance. Toutefois, les algues ont la capacité de changer de mode trophique en fonction des variations des conditions de l’ environnement où elles se développent . Elles peuvent passer d’un métabolisme à l’autre en fonction du milieu [16][17]. Nous pouvons distinguer deux autres types trophiques en plus de celui autotrophe: l’hétérotrophie et la mixotrophie. En l’absence de lumière, les algues en mode hétérotrophe utilisent dans ce cas une source de carbone organique dans le but de substituer la fixation de C02 par la respiration cellulaire. Elles vont donc consommer de l’oxygène. Enfm la mixotrophie ou photohétérotrophie est un mixte entre la phototrophie et l’hétérotrophie. Les microalgues utilisent le carbone organique et inorganique du milieu en présence de lumière pour subvenir à leurs besoins énergétiques. Elles vont donc utiliser concomitamment la respiration cellulaire et la photosynthèse.

Le choix des microalgues pour produire des biocarburants

La culture de microalgues semble être un moyen prometteur afin de répondre aux besoins énergétiques futurs du fait de leur teneur en lipides élevée et de leurs productivités en biomasse élevées. Les microalgues présentent un net avantage par rapport aux biocarburants des générations antérieures en terme de rendement d’huile par surface. En effet, comme l’indique Chisti et ses collaborateurs , les microalgues contenant 30% de lipides (en masse sèche) ont besoin d’ environ 350 fois moins d’espace que le maïs pour une production d’huile par hectare bien plus élevée (58 700 L.ha⁻¹.an⁻¹ contre 172 L.ha⁻¹.an⁻¹). Cet écart est encore plus important quand les lipides représentent 70% du poids des micro algues (136 900 L.ha⁻¹.an⁻¹ contre 172 L.ha⁻¹.an⁻¹). En effet, dans ce cas, la production d’huile par hectare est environ 800 fois plus élevée que le maïs [10]. Yang et son équipe vont dans ce sens en expliquant que les cultures d’ algues ont un rendement en huile 300 fois plus important que les cultures terrestres [19].

Beaucoup de recherches ont été effectuées sur la productivité en biomasse et la teneur en lipides des microalgues. En 2004, Richmond démontre que le taux de lipides peut atteindre 70% et même 85% du poids sec d’une cellule d’ algue lorsque les conditions de culture favorisant leurs productions sont réunies [18]. Mata et son équipe montrent qu’une souche de Chlore lia protothecoïdes peut atteindre une productivité en biomasse de 2,00 à 7,70 g.L⁻¹ avec une teneur lipidique de 14,6 à 57,7% du poids sec de la cellule algale pour une productivité en lipide de 1214 mg.L⁻¹.jour-1[3]. Christi en 2008 affirme que le rendement net global en énergie provenant d’une culture d’ algue en étang ouvert (race pond) est de 1444 G.J.ha⁻¹.an⁻¹ contre 163,9 G.J.ha⁻¹.an⁻¹ pour du biocarburant issu de canne à sucre[20].

Les microalgues semblent donc plus avantageuses que les cultures terrestres en termes de productivité en biomasse, de teneur en lipides et de productivité d’ huile par hectare.

Les lipides chez les algues

Les lipides présents dans les cellules algales peuvent être classifiés en deux grandes catégories, les lipides neutres et les lipides polaires. Les triglycérides , aussi appelés triacylglycérols (TAG) appartiennent à la première catégorie tandis que les phospholipides et glycolipides, constituants principaux de la membrane plasmique, font partie du second groupe.

Ce sont les triglycérides, qui sont des substances de réserve et s’ accumulent dans les vacuoles des cellules, que nous ciblons. En effet, selon Pruvost et ses collègues, les TAG ont un meilleur potentiel pour être transformés en biodiesel du fait de leurs plus forte concentration en acide gras et de l’ absence de groupement phosphate [21]. Dans le cas des phospholipides la présence d’ un groupement phosphate donne un diesel de moins bonne qualité, et il est plus difficile à purifier.

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Table des matières

Chapitre l – Introduction
1.1 La biomasse, une source d’énergie alternative aux ressources fossiles
1.2 Mise en contexte
1.2.1 Le Projet RTA
1.2.2 Le Projet VERTECH 1
Chapitre II – Problématique et objectifs
2.1 Problématique
2.1.1But et objectifs
Chapitre III – Revue de littérature
3.1 Généralités sur les microalgues
3.1.1 Qu’ est-ce qu’une microalgue?
3.1.2 Métabolisme algal
3.1.3 Le choix des microalgues pour produire des biocarburants
3.1.4 Les lipides chez les algues
3.1.5 Les techniques de culture de la biomasse algale
3.2 Le choix du mode culture en deux étapes: Mixotrophie – Phototrophie
3 .2.1 Une définition des modes trophiques pas touj ours claire
3.2.2 Des divergences sur le mode trophique à choisir
3.2.3 Le choix de la mixotrophie pour favoriser le développement de la
biomasse
3.2.4 Le choix de la phototrophie pour stimuler l’accumulation en lipides
3.3 L’intensité lumineuse
3.4 Les sources de carbone organiques : glucose et altematives
Chapitre IV – Matériels et méthodes
4.1 Souches
4.1.1 Projet RTA
4.1.2 Projet VERTECH 1
4.2 Méthodes de culture
4.2.1 Projet RTA
4.2.2 Projet VERTECH 1
4.3 Le milieu de culture
4.3. 1 Projet RTA
4.3.2 Projet VERTECH
4.4 Plan d’expériences
4.4.1 Expériences projet RTA
4.4.2 Expériences en lien avec le projet VERTECH 1
4.4 Paramètres mesurés quotidiennement
4.4.1 Concentration en biomasse algale
4.4.2 Mesure du pH
4.5 Récolte des algues, extraction et transestérification des lipides
4.5.1 Récolte
4.5.2 Extraction des lipides
4.5.3 Transestérification
4.6 Méthodes d’analyses
4.6.1Chromatographie gazeuse couplé à un spectromètre de masse (GC- MS)
4.6.2Chromatographie ionique
4.6.3Analyse du glucose, du COT et de l’azote total
4.6.4Analyses statistiques
Chapitre V – Résultats et discussion
5.1 Projet RTA
5.1 .1 Objectifl
5.1.2 Objectif2
5.1.3 Objectif 3
5.1.4 Objectif 4
5.2 Projet VERTECH
5.2.1 ObjectifS
5.2.2 Objectif 6
5.2.3 Objectif 7
Chapitre VI – Conclusion