PNRB 26/02/ 2008

Shamash

Shamash Production de biocarburants

lipidiques par des microalguesProjet ANR-PNRB

Labéllisé auprès des poles de compétitivité CAPEnergie et Mer

Budget : 2.8 Millions € dont 0.796 financés par l’ANR

Olivier BERNARDCOMORE

INRIA Sophia-Antipolis

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Shamash Introduction : les (micro)algues

• Potentiel exploité en infime partie

dans l’industrie – Pharmaceutique, cosmétique

– Aquaculture

– Agroalimentaire – Épuration de l’eau

• Plus récemment :– Épuration des effluents gazeux (CO2, NOx)

– Production d’énergie

(H2, huiles, hydrocarbures)

200 000 à plusieurs millions d ’espèces

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Shamash Production d’acides gras

•Certaines espèces peuvent contenir 60-80% de leur masse en acides gras

•Essentiellement sous forme de triglycérides

•Accumulation transitoire

•Remarque: Botryococcus braunii peut produire des hydrocarbures

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Shamash

Bioproduction stimulée par:

-Carence en azote ou en silice -Exposition à une lumière forte-Augmentation du CO2 dissout-Choc thermique

Production d’acides gras

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Shamash Avantages des microalgues

- Rendements de production (x30)

- Nombreux sous-produits valorisables

- Fixation contrôlée du CO2

- Technologie exploitable dans les pays en voie de développement

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Shamash Stockage des lipides

D’après Chisti, 2007

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Shamash Composition en acides gras

D’après Bigogno et al. 2002

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Shamash

LPPE & ValcobioExtraction lipides

CIRAD

Caractéristiques et utilisation carburant

IFREMER

Sélection espèces à potentiel GEPEA

Photobioréacteurs

CNRS-LOVMétabolisme lipides

CEAMécanismes métaboliques

INRIAModélisation & contrôle

INRIACoordination

Projet ShamashPartenariat Shamash

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Shamash

Tâche 1 : Identification des espèces potentielles

Tâche 2 : Compréhension des mécanismes

Tâche 3 : Photobioréacteurs

Tâche 4 : Extraction/ Caractérisation

Tâche 5 : Analyse des coûts/ /exploitation

?

Shamash en 5 tâches

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Shamash

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

Chlorella v

ulgaris

Botryococcus braunii

Nitzschia

dissipa

ta

Navicula muralis

Isochrysis (Tahitian)

Chaetoceros muelleri

Dunaliella s

alina

Phaeodactylum tric

ornutum

Porphiryridium cruentum

Scenesdesmus obliquus

Amphora s

p.

Cyclotella cryptica

Thalassio

sira pseudonana

Nannochloropsis

Nitschia communis

Nannochloris sp.

Ankis

trodesmus

Hantzschia

Ochromonas danica

Parietochloris incis

a

Synechococcus sp.

Tetraselmis

ap.

Pavlova l

utheri

Monoraphidium minutum

Fragila

ria

Skeletonema

Nephroselmis

Neochloris oleoabundans

Navicula pellicu

losa

Odontel

la au

rita

Isochrysis aff . Galbana

Chaetoceros gracil

is

Chlamydomonas rheinh

ardii

Chlorococcum

Cryptomonas

Cylindrotheca closter

ium

Dunaliella bioc

ulata

Dunaliella prim

olecta

polypodochrysis

Heter

ocapsa niei

Navicula jeffreyi

Navicula saprophil

a

Nitschia ov

alis

Pavlova p

inguis

Proteomonas su

lcata

Rhodomonas sa

lina

Scenedesmus dimorphus

Scenedesmus quadric

auda

Synechoccus s

p.

Dunaliella tertiolecta

Chaetoceros constrictus

Pleurochrysis carterae

note finale peu importantmoyennement importanttrès important

Tâche 1 : recherche de souches à forte productivité

Résultats : Tâche 1

Évaluation multicritères de 60 espèces

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Shamash

Observation des lipides pour différentes espèces

Résultats : tâche 1

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Shamash

Choix de 8 espèces, puis de 3 espèces

0 1 2 3 4 5 6 7

très importantmoyennement importantpeu important

Résultats : tâche 1

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Shamash

10000000

100000000

1E+09

1E+10

1E+11

25/10 30/10 4/11 9/11 14/11 19/11

Temps

Den

sité

cel

lula

ire

0

50

100

150

200

250

[NO

3] e

n µ

mo

l/L e

t F

luo

resc

ence

re

lati

ve d

u N

RBiovolume si pas de dilution [NO3] en µmol/L Fluo par 106 cellules

Compréhension des mécanismes de production des lipides : influence d’une carence en azote

NO3

lipides

Phase de carence

0.0

1.0

2.0

3.0

12-mai 13-mai 14-mai

r (S )

µ_cell

Effet des cycles Jour/nuit

Résultats : tâche 2

Volumetotal

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Shamash

PHA body

Oil body : réticulum endoplasmique (graines)

TAG bodyPlastoglobules : chloroplastes

TAG, fibrillin, DGAT, VTE1

Végétaux supérieurs Procaryotes Microalgues

Compréhension des mécanismes de production et de stockage des lipides

Une étude in silico des génomes de plusieurs microalgues indique la présence de gènes spécifiques des plastoglobules chloroplastiques.

Cadarache

Résultats : tâche 2

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Shamash

- Caractérisation des plastoglobules de microalgues (microscopie électronique, protéomique, HPLC et GC/MS)

- Etude de l’expression des gènes d’intérêt (PAP fibrillines, DGAT, ACCase,…) en conditions de carence minérale

- Etude de mutants affectés dans le stockage d’amidon (hypothèse de la complémentarité des formes de stockage de réserves).

Grain d’amidon

PGL

DG

AT

TAG

ACCase

Acétyl CoA Malonyl CoA

PAP Fibrilline

G6P ADP Glu amylopectine

amylose

CO2

F6P G1P

PEP

Vue simplifiée du métabolisme chloroplastique de synthèse de lipides de réserve et d’amidon Cadarache

Résultats : tâche 2

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Shamash

-Détermination des propriétés optiques

=> Détermination du profil d’irradiance (modèle radiatif)

dd

dd

aa

aa

e)1(e)1(

e)1(e)1(q2)z(G 22

)1Z()1Z(

o

Z=z/L a= [Ea/(Ea+2bEs)]½

d = (Ea + 2bEs)aXL Es ChlamyEa Chlamy

Ea NeochlorisEs Neochloris

Aspect fondamental : Productivité fixée par l’accès à la lumière (facteur limitant principal)

Design et optimisation

-Modèles de croissance et de production

Modèle de productionen photobioréacteur

Résultats : tâche 3

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Shamash

Simulations en continu Taux de dilution optimum permettant d’obtenir une productivité maximale

fonction des 2 paramètres opératoires fondamentaux des photobioréacteurs: épaisseur optique (liée à la surface spécifique d’éclairement) et flux incident dépendant de l’espèce considérée

A

B

Résultats : tâche 3

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Shamash

• Un domaine nouveau à explorer

Conclusions

• De nombreuses promesses à valider

• De nombreuses possibilités…

• De nombreux verrous (qq g/l d’huile à extraire…)

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Shamash Conclusions

D’après Pienkos (NREL) 2007