Génie des procédés/bioprocédés et microalgues

Transcription

1 Génie des procédés/bioprocédés et microalgues K J r rx = ρφa µs X = ρφa K + G υ r NADH2 M X NADH2 X Kr X K + G r Assises des Sciences et Techniques de la Mer de l Ouest, mai 2011, Brest Jérémy Pruvost

2 Le laboratoire GEPEA Laboratoire de Génie des Procédés-Environnement-Agroalimentaire- Energie-Mer(UMR-CNRS 6144) 5sites Evaluation AERES : A +

3 Le laboratoire GEPEA Effectifs: environ 200 personnes Enseignants-chercheurs et chercheurs titulaires: 70 Personnels techniques titulaires et contractuels CDI: >20 E-Cinvités,Post-DocetATER:19 Doctorants: >70 Programmes de recherche et Production scientifique( ) Formation 79 programmes(eu, ANR, Région, FUI, Ademe, ) Participations à 7 pôles de compétitivité(emc2, Valorial, Pôle Enfant, Pôle Mer, Filière Halieutique) Pilotage de la fédération Mer et Littoral: 17 laboratoires universitaires et Départements Ifremer DUT Génie Chimique et Bioindustries Cycle L-M-D en Génie des Procédés de l Université de Nantes(2 spécialités de Master : «Génie des Procédés-Environnement- Agroalimentaire» et«bioprocédés, Biotechnologies Marines») 2 écoles d Ingénieurs(EMN, ONIRIS) Budgetglobal:8à10M

4 Présentation des axes de recherche de l UMR Bioprocédés / séparation en milieu marin J. Pruvost Matrices et aliments (MAPS) Dir. J. Legrand Dir-adj P. Jaouen Ingénierie de l énergie Ingénierie de l environnement

5 Axe «Bioprocédés / séparation en milieu marin» Effectif actuel(2010) : 40 personnes dont 21 permanents Enseignants-chercheurs et chercheurs titulaires : 20 PR : 8 MCF : 10 IR-HDR : 1 IR : 1 Technicien : 1 ACL : 88 Brevets et enveloppes Soleau : 12 Thèses soutenues : 11 Thèses en cours : 19 Programmes ANR, CNRS, Européens : 24 Création d une start-up AlgoSource Technologies

6 Exploitation industrielle des microalgues Potentiel diversifié aujourd'hui démontré, nombreux secteurs concernés et en émergence pour la plupart Prévisions de mise sur le marché de produits issus des microalgues à horizon 2020 À partir de À partir de Marchés de masse Jusqu à Marchés de niche Marchés intermédiaires Cosmétique, nutraceutique, aquaculture Alimentaire, nutrition animale Marchés de l énergie, de la chimie verte Le passage à grande échelle est un frein majeur au développement

7 Exploitation industrielle des microalgues Bioressource très spécifique : microorganismes végétaux en milieu aqueux Filière industrielle d exploitation nouvelle Ruptures technologiques nécessaires Souches O 2 Production de biomasse Récolte Biomasse Extraction- Fractionnement Produits CO 2, eau, nutriments Effluents Effluents Effluents Recyclage Procédé intégré d exploitation, basé sur un enchainement optimisé d opérations unitaires dédiées

8 Une approche intégrée pour la valorisation des microalgues Trois thèmes Ingénierie des (photo)bioréacteurs(pbr) Production de biomasse microalgale ou de métabolites secondaires Procédés de séparation Techniques à membrane, Chromatographie et extraction de partage centrifuge Biocapteurs Biosystèmes microbiens pour la détection rapide de polluants (métaux, Atrazine, TBT, toxicité globale ) via des bactéries bioluminescentes. Applications Valorisation des ressources marines, et des micro-organismes en particulier Production de biomasse Production de bioénergies (lipides, hydrogène) Fixation du CO2 Production de métabolites (pigments, sucres, ) Maîtrise de la qualité et recyclage des eaux(aquaculture, eau de mer, ) Qualité eau de mer (algues toxiques, dessalement EDM) Traitement et recyclage des eaux (milieu de culture, eaux de ballast de bateaux)

9 Ingénierie des photobioréacteurs (PBR) Analyse et modélisation multi-échelle (de l intracellulaire au procédé industriel) Etudes physiologiques en conditions contrôlées (transfert radiatif, physico-chimie) Quantification de la productivité, bilans masse et énergétique Analyse des flux intracelluaires(c 13 ) Analyse cinétique du métabolisme Expérimentations en conditions contrôlées et représentatives des conditions d exploitation Caractérisation de souches et mis en place de forçage physiologique (ANR SHAMASH) Modélisation des procédés r X K J r = ρφa µs X = ρφa K + G υ Modélisation et analyse du réseau métabolique (ANR ALGOMICS) r NADH2 M X NADH2 X Kr X K + G r Modélisation de la réponse dynamique d un photobioréacteur solaire (ANR BIOSOLIS)

10 Ingénierie des photobioréacteurs (PBR) Conception et intensification de photobioréacteurs Recherche et conception de technologies adaptées de production Intégration industrielle (CO 2, effluents liquides, recyclage de milieu de culture, couplage aval) Technologie Raceway Photobioréacteur pour l aquaculture (coll. Jouin Plastique, Ifremer PBA) Photobioréacteur Haute Productivité Volumique) (prog.perle) Photobioréacteur de production (ANR Shamash) Photobioréacteur solaire «AlgoFilm» (ANR Biosolis)

11 Procédés de séparation Développement Intensification Couplage d opérations unitaires PBR (culture stress) Récolte Milieu de culture Recherche de solutions adaptées à la biomasse microalgale Compréhension des phénomènes limitants (séparation de mélanges complexes, mécanismes de colmatage) Changement d échelle -Intégration dans le procédé global Biomasse Raffinat Désintégration Extraction Purification Extrait Prétraitement d eau de mer (colmatage en OI, élimination des algues toxiques) (prog.gerrico-comsaumol) Bioraffinage de la biomasse algale Extraction-fractionnement-purification de métabolites (ANR AlgoRaffinerie)

12 Contribuer au développement d une filière industrielle adaptée et optimisée Souches O2 Production Opérations unitaires de traitement aval Recyclage milieu de culture Co-valorisation énergétique Chaleur Ingénierie des photobioréacteurs/ contrôle-commande Injection / Traitement Effluents industriels N,S,P Techniques de récolte Pré-concentration, séchage Bioraffinerie des algues Extraction Liquéfaction hydro Gazéification Biomasse brute Biocarburants de troisième génération Biomasse raffinée : pigments, sucres, protéines, lipides CO2, NOx

13 Le projet DEFI-µALG Recherche à échelle laboratoire Projets à échelle pilote Projets industriels Démonstrateurs Projets de production pour commercialisation Focus : Tests et recherche Focus : Preuves de concepts économiques Le projet DEFI-µALG se situe à ce stade Focus : R&Dpropre à la production de masse Focus : Industrialisation de nouvelles filières Objectifs Recherche-développement sur les opérations unitaires de la grande échelle : Photobioréacteurs solaires(ouverts, clos), récolte de la biomasse microalgale, extraction-fractionnement de molécules cibles, recyclage des milieux de culture, prétraitement des intrants (gaz et liquides) Recherche-développement sur l industrialisation de la filière : biodiversité, intégration, production sur effluents industriels, impact environnemental, robustesse-stabilité de la production, évaluation énergétique et technico-économique. Mettre en place un outil de recherche industrielle permettant d aborder les verrous de l extrapolation et de la production solaire Plateforme technologique et scientifique flexible

14 Conclusions Les microalgues : une bioressource nouvelle à fort potentiel Applications industrielles existantes mais ciblées Possible réponse à plusieurs défis de notre avenir : alimentaire (protéines), énergie, environnement mais des défis à relever Bioressource très spécifique : microorganismes végétaux en milieu aqueux Filière industrielle d exploitation nouvelle Développer une recherche intégrée et pluridisciplinaire : recherche de souches dédiées, mise en place des ruptures technologiques attendues (production, récolte, bioraffinerie ), extrapolation-intégration-optimisation de l exploitation (plateforme R&D, démonstration) Faire émerger et rendre viables des nouveaux marchés : coll. industrielles, rôle structurant des pôles de compétitivités, de l état

15 Merci pour votre attention