Caractérisation et modélisation des interactions au sein d'un assemblage de cyanobactéries diazotrophes et de microalgues

par Margaux Caia

Projet de thèse en Biotechnologie et Microbiologie

Sous la direction de Jean-Philippe Steyer.

Thèses en préparation à Montpellier, SupAgro , dans le cadre de GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec LBE - Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement (laboratoire) et de Génie des procédés (equipe de recherche) depuis le 15-10-2015 .


  • Résumé

    Les microalgues offrent un potentiel d'innovation pour les secteurs de l'énergie, de la chimie, de la nutrition humaine, de la cosmétique et de la nutrition animale de par leur richesse intrinsèque. Elles offrent encore un champ d'exploration pour développer des produits innovants, naturels et fonctionnels. Sans utiliser de terres arables, cette filière offre la possibilité de biossourcer la chimie verte et de produire des biocarburants de troisième génération à partir de CO2 d'origine industrielle et de substrats issus d'eaux usées. Elle s'inscrit ainsi dans une stratégie de recyclage et de valorisation des rejets issus de l'activité humaine. L'idée de combiner épuration des déchets liquides et gazeux à la production de microalgues, pour améliorer le bilan environnemental, est de plus en plus évoquée dans la littérature scientifique. Cette approche n'a néanmoins jamais été éprouvée sur le long terme. C'est l'objectif du projet ANR Phycover. Cette approche mobilise un écosystème complexe mêlant microalgues et bactéries. L'objectif de la thèse est de développer des approches de modélisation innovantes, basées sur des expériences originales en laboratoire, pour prédire le comportement de ces assemblages de microorganismes principalement composés de microalgues autotrophes. Des progrès récents ont été réalisés, et il est maintenant envisageable de prédire avec une bonne prévision la productivité de procédés de production de microalgues monospécifiques. L'approche se base notamment sur un dispositif expérimental, le « PI-meter », élaboré par Q. Béchet au cours de sa thèse à l'Université de Massey (NZ). G. Guizard, technicien au LBE a également été très impliqué dans la conception et la construction de ce dispositif lors de son séjour de 8 mois à Massey. Le PI-meter permet de réaliser des expériences à différentes températures et intensités lumineuses et d'évaluer photosynthèse (en terme de production d'O2) et respiration. L'utilité de ce dispositif pour mesurer l'impact de substances toxiques sur les micro-algues (ex. DCMU, Atrazine) a également été éprouvée lors de travaux en cours de publication. Un PI-meter a été acquis par BIOCORE et le LBE. Un chemin similaire à ce qui a été fait pour des cultures monospécifiques doit être suivi pour rendre compte des interactions algues-bactéries et de la présence simultanée de métabolismes autotrophes et hétérotrophes. Cette question doit notamment être traitée dans le cas réaliste où la température fluctue, affectant fortement la productivité de l'écosystème, la photosynthèse et la respiration, c'est l'objet de la thèse. La thèse bénéficie du cadre du projet ANR Phycover auquel participent le LBE et BIOCORE. Ce projet permet un accès aux données (en particulier des partenaires industriels tels que Naskéo et la SAURE), aux plateformes expérimentales industrielles, et également de financer des expériences complémentaires. Les post-docs à l'œuvre dans Phycover contribueront à réaliser des expériences innovantes en partenariat avec le doctorant. Par ailleurs, les deux PI-meters disponibles seront des outils fondamentaux pour assurer des prédictions de productivités en condition extérieures sur la base d'expériences réalisées au laboratoire. La thèse s'inscrit par ailleurs dans le cadre de l'Inria Project Lab « Algae in silico », dont le but est de mieux modéliser et optimiser les procédés à base de microalgues. Le LBE est impliqué dans ce projet coordonné par O. Bernard.

  • Titre traduit

    Characterization and modeling of the interactions within an assemblage of microalgae and diazotrophic cyanobacteria


  • Résumé

    Microalgae are of great interest in energy sector, cosmetic industry and can be used as food or feed because of their complex compositions. Microalgae are still being studied to develop innovative, natural and functional products. This research filed gives the opportunity to manage green chemistry and to produce third-generation biofuel from industrial CO2 and from wastewater substrates without occupying arable lands. Microalgae research is therefore a part of a strategy of management and recycling of waste from human activities. Combining liquid and gaseous wastes treatment to microalgae production in order to improve the environmental performance is a new process evocated in studies. However, this process was never tested during long-term experiments and this is one of the objectives of the ANR Phycover project. This approach is based on a complex microalgae-bacteria ecosystem. The purpose of the thesis is to develop innovative modelling approaches, based on original lab experiments in order to predict the behaviours of these assemblages, which are mostly composed of autotrophic microalgae. Recent progresses were made and it is now possible to accurately predict microalgae monocultures productivities. The approach is based on an experimental device, the « PI-meter », which was elaborated by Q. Béchet during his PhD at Massey University (NZ). G. Guizard, technician at the LBE, took also part in the engineering and construction of this device during his 8-month stay at Massey. The PI-meter allows to realize short-term experiments at various temperatures and light intensities and to evaluate their impact on photosynthesis (O2 production) and respiration rates. This device is also useful to assess the impact of toxic substances on (ex. DCMU, Atrazine), which was studied during previous experiments. The PI-meter was acquired both by BIOCORE and LBE. Similar methods to what exist for monocultures will be followed to allow a better understanding of algae-bacteria interactions and simultaneous presence of autotrophic and heterotrophic metabolisms. Realistic case of temperature changes will be studied during this thesis because of its strong impact on ecosystem productivity, photosynthesis and respiration rates. The thesis benefit from the ANR Phycover project, which involves LBE and BIOCORE. This project allows an access to data (from industrial partners such as Naskéo and SAURE), to experimental platforms and to further financial support. Both available PI-meters are fundamental tools to ensure realistic outdoor productivity predictions based laboratory experiments. The thesis is part of the Inria Project Lab « Algae in silico » which aims to model and optimize microalgae-based processes. LBE is involved in this project coordinated by O. Bernard.