Etude comparative des capacités de production d'astaxanthine par culture de microalgues : du criblage au photobioréacteur

Comparative study of abilities of astaxanthin production by culture of microalga : from screening to cultivation in photobioreactors

• Auteur / Autrice : Astrid De Luca
• Direction : Jack Legrand, Catherine Dupré, Dominique Grizeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l’ingénieur
• Date : Soutenance le 17/11/2017
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire)
• Jury : Président / Présidente : Alain Couté
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Béal, Claire Hellio

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photobioréacteurs

Tests de criblage à haut débit

Microalgues

Mots clés libres

Astaxanthine

Microplaques

Résumé

Les microalgues ont une plasticité métabolique à l'origine de la production de nombreuses molécules d'intérêt biotechnologique comme l’astaxanthine (ATX), puissant antioxydant. Les premiers essais de développements industriels ont porté sur Haematococcus pluvialis, avec des procédés où l’étape de production d’ATX est dissociée de celle de la biomasse. Ils ont mis en évidence des pertes de productivité, dont l’origine est à rechercher dans des caractéristiques de cette espèce. Ainsi, l’objectif de ce travail de thèse était de caractériser ces points de blocage dans le contexte d’une exploitation en photobioréacteurs verticaux destinés à être utilisés en façade de bâtiments. L’étude a mis en évidence que la culture de H.pluvialis en photobioréacteur (PBR) se traduit par l’induction régulière du développement d’un contaminant fongique, qui s’est révélé endémique des différentes souches testées. Pour limiter l’impact du chytride, des solutions telles que la maîtrise de conditions de culture ou l’utilisation d’antifongiques se sont révélées partiellement efficaces. Une autre solution a été de cribler des collections de souches en vue de produire le caroténoïde par une autre microalgue. Une méthodologie de criblage bidimensionnel rapide adaptée à l’induction de la caroténogenèse a permis d’identifier une espèce capable de produire de l'ATX en mode continu. Les résultats ont été validés par des cultures en PBR de 1 l . Les performances de cette souche ont été comparées à celles de H. pluvialis. Les teneurs en ATX et les productivités volumiques en biomasse et en ATX sont du même ordre de grandeur, mais avec un gain de robustesse.

Microalga possess a metabolic plasticity that leads to the production of diverse molecules of high biotechnological interest such as astaxanthin (ATX) with powerful antoixidant properties. The first trials at industrial level investigated the culture of Haematococcus pluvialis with a two step process. They highlighted productivity loss linked to the species features. Then, the aim of this phD work was to characterize this blocking point in the frame of cultivation in vertical photobioreactors aimed to be used in facades of buildings. This study showed that the culture of H.pluvialis in phtobioreactors is regulally infected with fungal parasite, which seems endemic in every tested strains of H.pluvialis. In order to limit the impact of the parasite,solutions such as control of culture conditions and application of fungicides has been developped and were partially efficient. Another solution was to screen strains collection in order to make the astaxanthin production by another microalgae. A bi-dimensional and fast screening method adapted to carotenogenesis induction is developped and identified a strain able to produce ATX in the continous mode. This conclusion is confirmed by culture in PBR of 1l , in which capacities of the two strains were compared on the basis of biomass volumetric productivity and ATX content and volumetric productivity. Eventually, the two strains display a similar biomass and ATX productivity, but with more reliability for the other strain.