Biotechnologies algales : état actuel et perspectives de valorisation de la biomasse 25 novembre 2015
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- Marie-Paule St-Amour
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1 Biotechnologies algales : état actuel et perspectives de valorisation de la biomasse 25 novembre 2015 Prof. Fabrice Franck Laboratoire de Bioénergétique Université de Liège
2 Macro- et micro-algues Micro Scenedesmus Chlorella Macro Haematococcus Arthrospira (spiruline; cyanobactérie) Ex.: Porphyra ( Nori ) Production mondiale annuelle de macroalgues (2010) : 16 millions de tonnes (masse humide) (source: FAO) Production mondiale annuelle de microalgues (2015) : tonnes (masse sèche)
3 Les macro-algues, sources de biomatériaux et bioproduits dérivés de polysaccharides Sites de production actuels: - principalement Asie Orientale: Chine, Corée, Japon, Indonésie et Philippines - Production européennes en France atlantique, en Irlande - Cultures côtières (systèmes de radeaux, cordages, ) Caractéristiques générales de la biomasse des macroalgues cultivées: - haut contenu (60-80 %) en polysaccharides de structures chimiques variées et originales - Absence de lignine - Faibles taux de protéines et lipides Applications principales: alimentation humaine et hydrocolloïdes Macro-algues brunes Alginates: applications non-food (matrice de bio-catalyseurs, industrie du papier, agents de texture, bioplastiques) Fucoidanes: applications pharmaceutiques (agent antitumoral) Macro-algues rouges Carraghénanes: agents épaississants, stabilisants et émulsifiants pour l industrie alimentaire Agar: agent gélifiant largement utilisé dans la recherche biomédicale Macro-algues vertes Ulvanes: applications potentielles santé (immunostimulant, antiviral) et nanomatériaux (composites argile-ulvane) Culture de Porphyra yezoensis (Nori) (macroalgue rouge), Chine Liu et al. (2009) Marine Pollution Bulletin 58, Culture de Saccharina japonica (Kelp) (macroalgue brune), Chine Collecteur de Kelp
4 Les cultures en masse de microalgues Cultures à ciel ouvert : raceways Cultures en photobioréacteurs Wijfels, Barbosa (2010) Science 329: 5993 Culture de chlorelles en PBR sous par la société Roquette, Klötze, RFA Culture à ciel ouvert d Odontella aurita (diatomée marine) à Bouin (Vendée), société InnovalG: production d ingrédients alimentaires enrichis en EPA/DHA (omega-3) Culture d Haematococcus en PBR par la société Algae Technologies, Israël Principe général du raceway ou chenal algal
5 Microalgues : quelques chiffres Rendements, coûts Productivité en biomasse sèche: T.ha -1.an -1 Efficacité d utilisation théorique de l énergie lumineuse: 10 % ( 400 T.ha -1.an -1 ) En réalité: 1 à 3 % dans beaucoup de cas, même sans limitation par le CO 2 Consommation de CO 2 : 1,8 à 2,0 T CO 2 /T biomasse sèche Consommation d eau: 0,6 m 3 / kg biomasse sèche ( raceway ) Prix de revient de la biomasse: variable de 1,5 à 15 / kg sec ( raceway ) Marchés Production mondiale de microalgues actuelle: T / an Principales espèces cultivées: Athrospira platensis (spiruline), chlorelles, Dunaliella salina, Haematococcus pluvialis Marchés principaux: - Aquaculture: 0,5 milliards - Compléments alimentaires: 1,8 milliards Marchés en forte croissance ( 10%/an): caroténoïdes naturels, phycobiliprotéines, acides gras polyinsaturés (omega-3 à longue chaîne) Nouveaux produits en développement: ex, la fucoxanthine extraite de diatomées, les phytostérols de microalgues
6 Microalgues: produits et marchés marché catégorie composant à l'étude concept proof en développement alimentaire, nutraceutique pigments, antioxydants beta-carotene, astaxanthine, phycocyanine x lutéine, fucoxanthine acides gras huiles (EPA, DHA) x complément alimentaire biomasse brute (spiruline, chlorelle) x probiotiques extraits bruts x anti-cholesterol phytosterols x pharma immuno-stimulants beta-glucanes x agents cicatrisants polysaccharides extracellulaires x antiviral polysaccharides sulfatés x antitumoral Cryptophycine (Nostoc sp.) x recherche biomédicale pigments fluorescents phycocyanine, phycoérytrhine aliments aquacoles nourriture poissons, mollusques algues fraîches congelées x cosmétique, parfumerie composant crème protéines, huiles x composant parfum extraits, hydrolysats x écran solaire anti microbien extraits x matériaux additif bioplastique hydrates de carbone modifiés x algénanes bitume végétal biomasse traitée x biofuel biodiésel huiles, biomasse x x x x sur le marché
7 Les microalgues dans le traitement des eaux usées: le chenal algal à haut rendement HRAP HRAP Cuve couverte anaérobie HRAP Chenal algal Cuve sédimentation algues Bassins de maturation et filtration HRAP à Waikata, Nouvelle Zélande HRAP Institut Agronomique et Vétérinaire Hassan II à Rabat (Prof. B. El Hamouri) Adapté de Craggs R et al. (2014) New Zealand Journal of Botany 52, Avantages: - Surface réduite - Faible consommation énergétique - Réduction des boues bactériennes - Efficacité (abattement N, P, bactéries coliformes, )
8 Quelques projets à l Université de Liège Algae Factory: Caractérisation de souches de microalgues exploitables en procédé hétérotrophe - Mise en place d une plateforme de production hétérotrophe de microalgues en fermenteurs - Recherche de métabolites valorisables - Amélioration de souches par mutagenèse - Mise au point de procédés - Montée en échelle Algopar (projet First spin-off): commercialisation d extraits pour la parfumerie et la cosmétique Algues et Béton (ARD Ulg): étude d un micro-béton renforcé à base de microalgues (utilisation d algénanes dans les procédés de fabrication du béton) Phase d exploration FotoBioMat (projet RW, programme Greenomat): encapsulation de microalgues dans des matrices poreuses pour la production de protéines recombinantes en photobioréacteur Agalgam (projet RW First-Haute Ecole): activités antibactériennes et antifongiques d acides gras extraits de microalgues
9 Les plateformes technologiques de recherche en Europe Exemple: ALGOSOLIS (Université de Nantes à Saint-Nazaire) Une infrastructure complète comprenant salles de culture et d analyse, zones de production sous serre thermorégulée ou en extérieur, halle de récolte et de bioraffinage des microalgues.
10 La plateforme technologique de recherche sur les microalgues à l Ulg: Algae Factory Une initiative inter-ur (Inbios Terra Chemical Engineering) Laboratoires recherche ULg Sciences de la Vie - Criblage de molécules - Sélection de souches - Optimisation métabolique - Amélioration (mutagenèse) Production phototrophe Production hétérotrophe Productions pilotes: Algae factory Concentration et séchage Sciences de l ingénieur et Chimie - Procédés de concentration - Bioingénierie - Chimie analytique - Chimie des matériaux Extraction Formulation Portefeuille de projets FEDER Algae Factory ( ) Ulg, UNamur, UMons
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