Etude de l’application de champs électriques pulsés sur des microalgues en vue de l’extraction de lipides neutres.

Study of the application of pulsed electric fields (PEF) on microalgae for the extraction of neutral lipids.

• Auteur / Autrice : Pierre Bodenes
• Direction : Bruno Le Pioufle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 10/05/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et applications des technologies de l'information et de l'énergie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Elisabeth Dufour-Gergam
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Le Pioufle, Elisabeth Dufour-Gergam, Luc Marchal, Marie-Pierre Rols, Dominique Pareau, Filipa Lopes, Olivier Français
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Marchal, Marie-Pierre Rols

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microalgues

Champs électriques

Microtechniques

Mots clés libres

Microalgues

Biodiesel

Champs électriques pulsés

Microsystèmes

Microalgae

Biodiesel

Pulsed electric field

Micro-Systems

Résumé

Les microalgues, de par leur diversité, peuvent offrir une multiplicité de molécules bio-sourcées pour des applications variées (alimentation, énergie, santé etc…). Cependant, la production de biodiesel à partir de microalgues, désignée comme la 3e génération de biocarburant, nécessite encore une optimisation lors de l’étape de culture de la biomasse ou lors de l’extraction de l’huile pour que le procédé soit énergétiquement viable. Parmi les voies d’amélioration, l’application de champs électriques pulsés (PEF) en prétraitement à la biomasse pourrait améliorer la rentabilité énergétique du procédé d’extraction de lipides. Ce procédé appliqué aux microalgues est étudié dans le contexte d’une collaboration entre le laboratoire SATIE de l’ENS Cachan Paris Saclay et le laboratoire LGPM de Paris Saclay.Un microsystème d’électroporation a été conçu afin d’étudier in situ l’impact des champs électriques pulsés sur les cellules de microalgue, Chlamydomonas reinhardtii chargées en lipides. Parmi les principaux résultats du projet, l’étude énergétique du procédé a montré que les impulsions de très courte durée (5 µs) sont les moins énergivores. Associées à un champ électrique de 4.5 kV/cm, ces impulsions entrainent une perméabilisation réversible (80 % de cellules atteintes) de quelques secondes tandis qu’un champ de 7 kV/cm entraine un effet irréversible. Après ce prétraitement, les algues sont ensuite mélangées à de l’hexane afin d’évaluer si les lipides sont extraits plus facilement de la cellule.

Microalgae offer a multiplicity of applications for the production of bio-sourced compounds such as proteins, pigments, sugars and oils. However, the energy spent for algae culture and lipid extraction hinder the energetic viability of the process for the production of biofuel derived from algae oils. Among possible improvements, pulsed electric fields (PEF) may be used as a pre-treatment to extract valuable compounds from microalgae and making the process less energy demanding.This project started with a collaboration between the team of bio-micro-systems Biomis, laboratory SATIE, with the team of bio-process engineering laboratory LGPM to study in situ the effects of PEF on microalgae.First, a energetic study is performed in a micro-system specially built for this project to characterize in situ, the effect of various treatment parameters (pulse duration / electric field) on Chlamydomonas reinhardtii cells with high lipid content.Among the outputs of this study, an energetic optimization of PEF conditions shows that a high level of permeability and low energy consumption are obtained when using short pulses of 5 µs. Associated with an electric field of 4.5 kV/cm, the pores are reversible (80% of the cells) during few seconds, and with a field of 7 kV/cm or higher, the permeabilization is irreversible. Afterwards, this PEFpre-treatment is associated with solvent mixing (hexane) to evaluate if lipid extraction is improved.