Performances biotechnologiques de cultures de microalgues vertes acclimatées : effet de la lumière et de ses modulations

Biotechnological performances of acclimated green microalgae cultures : effect of light and its modulations

• Auteur / Autrice : Wendie Levasseur
• Direction : Patrick Perré, Victor Pozzobon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 30/08/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : référent : CentraleSupélec (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Alain Boussac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yonghua Li-Beisson, Isabelle Linossier, Mariana Titica
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yonghua Li-Beisson, Isabelle Linossier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Acclimatation

Photosynthèse

Biotechnologie

Microalgues

Mots clés libres

Biotechnologie

Microalgues vertes

Photosynthèse

Lumière

Acclimatation

Biotechnology

Green microalgae

Photosynthesis

Light

Acclimatation

Résumé

Les microalgues émergent aujourd’hui comme une part de la réponse aux grands enjeux de ce siècle : changement climatique, accroissement de la population, et épuisement des réserves d’énergies fossiles. Cependant, leur production en autophototrophie est limitée par la ressource lumineuse. En plus de la quantité totale, la façon dont cette lumière est délivrée (intensité, temporalité, spectre) est considérée comme ayant un impact sur les performances de la culture. Le comprendre pour le manipuler pourrait permettre d’augmenter les rendements de culture. Pour caractériser l’effet des fluctuations lumineuses, un dispositif expérimental original a été conçu. Ce dernier permet d’assurer un éclairage homogène de toutes les cellules de la culture sur de longues durées. De cette façon, seules les réponses biologiques acclimatées sont mesurées. Tout d’abord, l’éclairage continu a été étudié pour des intensités de 25 à 800 μmolPhotonsPAR/m²/s. Les résultats ont permis de délimiter une zone de photo-limitation de 25 à 200 μmolPhotonsPAR/m²/s et une zone de photosaturation de 200 à 800 μmolPhotonsPAR/m²/s. L’absence de photo-inhibition suggère que les mécanismes de photoprotection mis en place par les cellules sont suffisants pour les protéger et maintenir les mêmes performances (μ = 0.088 h-1 en moyenne). Puis, un éclairage intermittent a été investigué (1 Hz, 10 Hz et 100 Hz, fraction éclairée : 0.5). Les résultats n’ont révélé aucune différence par rapport au régime continu. Ces expériences mettent en lumière l’importance de l’état d’acclimatation des cultures. Ainsi, elles invalident, aux temps longs (ceux de bioprocédés continus), l’hypothèse selon laquelle la modulation de la lumière a un impact sur les performances des microalgues.

Microalgae are emerging today as part of the answer to the major challenges of this century: climate change, population growth, and depletion of fossil fuel reserves. However, their autophototrophic production is limited by light resource. In addition to the total quantity, the way this light is delivered (intensity, temporality, spectrum) is considered to impact the performance of the culture. Understanding this to manipulate it could lead to increased culture yields. To characterize the effect of light fluctuations, an original experimental device was designed. This device allows ensuring homogeneous lighting of all the culture cells over long periods. In this way, only acclimated biological responses are measured. First, continuous illumination was studied for intensities from 25 to 800 μmolPhotonsPAR/m²/s. The results allowed to delimit a photo-limitation zone from 25 to 200 μmolPhotonsPAR/m²/s and a photo-saturation zone from 200 to 800 μmolPhotonsPAR/m²/s. The absence of photoinhibition suggests that the cells' photoprotection mechanisms are sufficient to protect them and maintain the same performance (μ = 0.088 h-1 on average). Then, intermittent illumination was investigated (1 Hz, 10 Hz, and 100 Hz, duty cycle: 0.5). The results showed no difference from the continuous regime. These experiments highlight the importance of the acclimation state of the cultures. Thus, they invalidate, at long times (those of continuous bioprocesses), the hypothesis that light modulation impacts microalgae performance.