Etude et optimisation de bioaccumulation de Mg2+ dans les microalgues « Chlorella vulgaris »

Bioaccumulation of Mg2+ by microalgae under different culture conditions

• Auteur / Autrice : Hela Ben Amor
• Direction : Moncef Stambouli, Behnam Taidi, Habib Ayadi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 26/10/2015
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Université de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Moncef Stambouli, Behnam Taidi, Habib Ayadi, Jérémy Pruvost, Sami Maalej, Dominique Pareau, Patrick Perré
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérémy Pruvost

Mots clés

Mots clés contrôlés

Algues unicellulaires

Biomasse

Effets du magnésium

Microalgues

Mots clés libres

Chlorella vulgaris

Bioaccumulation

Bioréacteur;

Mg2+ adsorbé

Magnésium (Mg2+)

Mg2+absorbé

Chlorella vulgaris

Uptake

Bioreactor

Adsorbed Mg2+

Magnesium (Mg2+)

Absorbed Mg2+

Résumé

Des cultures de Chlorella vulgaris ont été réalisées en triplicata sur de longues périodes (15-30 jours) en autotrophie et en mixotrophie afin d’étudier l’effet de Mg2+ sur les microalgues et déterminer sa concentration dans la biomasse au cours de la croissance. Différentes concentrations ont été testées (de 8.9 à 465 mg L-1). Ceci a montré que le Mg2+ n’est pas toxique pour les algues à des concentrations élevées provoquant habituellement l’inhibition de la croissance dans le cas d’autres ions divalents (métaux lourds). Des bilans matière ont été établis et vérifiés avec une précision satisfaisante (écart moyen de 90%). La quantité de Mg2+ bioaccumulée augmente avec la concentration initiale de Mg2+ du milieu de culture. Une saturation en Mg2+ intracellulaire a été observée à partir d’environ 45 mg de Mg2+ L-1. Typiquement, la répartition entre le Mg2+ extracellulaire et intracellulaire est de 18% contre 51% dans le bioréacteur (5L) pour une concentration initiale de 16 mg L-1. En mixotrophie (addition de 10 g L-1 de glucose), une production de biomasse significativement plus importante et plus rapide que celle en autotrophie a été observée. En revanche, la quantité de Mg2+ accumulée dans les cellules est plus importante en autotrophie qu’en mixotrophie. Des mesures de chlorophylle a, de nitrate et de glucose ont été également réalisées. Afin de comprendre la cinétique relativement complexe de bioaccumulation du Mg2+, un modèle cinétique original a été élaboré couplant transfert (externe, membrane, interne) et réactions (ad/absorption) en milieu hétérogène. Le modèle a été validé expérimentalement. Il permet de rendre compte au mieux de l’ensemble des résultats obtenus.

Chlorella vulgaris cultures were grown in triplicate over 15-30 days under autotrophic or mixotrophic conditions in order to study Mg2+ uptake and accumulation into the biomass. The concentrations of Mg2+ tested were 8.9 to 465 mg L-1. The results showed that Mg2+ is not toxic to C. vulgaris even at 465 mg L-1 which is not the case for other divalent ions (especially heavy metals). The mass balances for Mg2+ accumulation were determined for the cultures and were confirmed to an average of 90%. Beyond 46.1 mg of Mg2+ L-1 in the culture medium, the cells became saturated at 4 mg of Mg2+ absorbed per g of dry biomass. In the bioreactor (5L), at an initial Mg2+ concentration of 16 mg L-1, the cells accumulated 69% of the initial concentration, in which 18% was adsorbed and 51% absorbed. The chlorophyll a, nitrate and glucose concentrations were measured during the experiments. Under mixotrophic conditions (glucose 10 g L-1), a greater and faster biomass production was obtained than under autotrophic conditions. The Mg2+ bioaccumulation was higher in the autotrophic rather than the mixotrophic phase. In order to understand the kinetics of Mg2+ uptake, an original kinetic model was developed coupling the transfer and reaction phenomena in heterogeneous media. This model was confirmed experimentally.