GEPEA et recherches sur les microalgues

En tant que bioressource végétale, les microalgues et les cyanobactéries (usuellement regroupées sous le terme microalgues), offrent un large éventail d’applications potentielles : nouvelles sources de protéines pour l’alimentation, production de composés bioactifs d’intérêt pour la santé humaine, exploitation des carbohydrates pour des matériaux biosourcés, ou encore valorisation des lipides dans la fabrication de biocarburants de troisième génération.

La production de cette ressource permet également de développer des solutions innovantes en écologie industrielle. La croissance par photosynthèse de ces microorganismes permet de valoriser biologiquement le CO₂ d’effluents gazeux, ou la fixation de nitrates, phosphates ou métaux lourds d’effluents gazeux, tout en valorisant la chaleur fatale (i.e. chaleur non utilisée dans les procédés industriels).

Les enjeux scientifiques associés concernent les verrous à lever pour le développement de procédés d’exploitation efficaces de cette nouvelle bioressource, dans un contexte de transition énergétique, environnementale et alimentaire. Cela implique notamment la mise en place de stratégies rationnelles de criblage de souches et de composés originaux d’intérêt en vue de d’étendre les applications possibles, ainsi que l’étude du métabolisme et de la compréhension des réponses biologiques en conditions contraintes, notamment lors de sollicitations physiologiques ou en contexte industriel (par exemple, en fonctionnement solaire dynamique ou en présence d’effluents toxiques). Par ailleurs, des avancées technologiques sont nécessaires à chaque étape de la chaîne de valorisation : culture en photobioréacteurs, extraction et conversion des composés en produits finis. Le développement de modèles de connaissance multi-échelles, de la cellule au procédé, est également essentiel, afin de disposer in fine d’outils d’ingénierie pour la conception, l’optimisation et la conduite des procédés d’exploitation. L’ensemble de ces approches doit s’inscrire dans une démarche globale visant à minimiser les impacts environnementaux, en particulier dans une perspective d’écologie industrielle. À ce titre, l’intensification des procédés, l’intégration de concepts de bioraffinerie pour maximiser la valorisation des ressources, ainsi que le recours à des systèmes de contrôle avancés constituent des leviers majeurs.

De nombreux laboratoires du Pôle Sciences et technologie sont ainsi impliqués dans des recherches en lien avec les microalgues, et Nantes Université dispose d’une plateforme dédiée de renommée internationale au travers d’AlgoSolis (www.algosolis.com).

Quelques exemples de projets en cours, illustrant la diversité des applications et collaboration :

• Utilisation de microalgues pour la cicatrisation des bétons (collaboration entre le GEM et le GEPEA)
• Utilisation des microalgues pour la production de lipides (collaboration entre ISOMer et le GEPEA). Certaines diatomées benthiques peuvent être considérées comme oléagineuses et constituent une source très intéressante de lipides à activité biologique, notamment antibactérienne, ou servir comme biocarburants. Cependant, si la valorisation de cette famille de composés est intéressante, la valorisation de chacun de ces constituants apporte davantage de valeur ajoutée. Dans le cadre de ce projet, il est proposé d’intensifier la culture d’une diatomée oléagineuse (Staurosira sp. NCC182) et le fractionnement de son contenu lipidique. Des bioréacteurs mimant les conditions naturelles de croissance de cette diatomée seront mis en place. Son contenu lipidique sera ensuite extrait et purifié via des procédés de filtration sur membranes, hautement sélectifs et à impact environnemental réduit.   
  Ce projet s’appuie sur la complémentarité des expertises du GEPEA en raffinage et séparation membranaire (Sciences de l’ingénierie et des procédés) et d’ISOMer en biologie et chimie marine. Il est financé par un Contrat Doctoral d’Établissement (CDE) – Nantes Université/GEPEA), potentiellement complété par une subvention de la Région Pays de la Loire. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du volet « Enjeux sociétaux » défini par la Région et répond aux défis environnementaux actuels, notamment en matière de biodiversité et de gestion durable de procédés innovants. Des interventions en milieu scolaire seront organisées afin de vulgariser les résultats obtenus dans le cadre du projet.
• La maitrise des procédés de développement de ces micro-organismes s’appuie sur des techniques expérimentales de caractérisation développées en partenariat au sein du Pôle Sciences et technologie : développement de suivi en ligne par RMN bas champ (collaboration entre le CEISAM et le GEPEA)
• Développement de systèmes microfluidiques pour le contrôle de tailles de microalgues se développant en colonies (collaboration entre le GEPEA et le LTEN)

Au-delà de la dynamique interne au Pôle Sciences et technologie, des liens ont été tissés avec le Pôle Santé :

• Utilisation de microalgues pour la reconstruction osseuse (collaboration entre le GEPEA et RMeS)
• Utilisation de microalgues pour la synthèse de vecteurs viraux AAV (collaboration entre le GEPEA et Target).