Effets quantitatifs et qualitatifs de la lumière sur la croissance des microalgues en culture dense et sur leur production de molécules d’intérêt

LE 09 MAI 2016 à 14h00 en salle Trégouboff.

Directeur de Thèse : Antoine SCIANDRA
Co-Directeurs de Thèse : Olivier BERNARD et Sophie RABOUILLE
Composition du Jury : Paul NIVAL (Président), Claude AFLALO (Rapporteur), Yannick HUOT (Rapporteur), Jean-Paul CADORET (Examinateur), Bruno SIALVE (Examinateur)

Résumé : Les microalgues constituent une source prometteuse de biocarburants dits de troisième génération. L'intérêt de ces micro-organismes photosynthétiques réside également dans l'étendue de la palette de molécules qu'elles peuvent produire, telles que les protéines, les pigments ou encore les vitamines. Néanmoins, des progrès sont encore nécessaires pour diminuer les coûts économiques et environnementaux des procédés de culture et assurer ainsi la viabilité de la filière. En particulier, mieux comprendre l'effet de la lumière sur la productivité des cultures denses est une étape essentielle pour optimiser ces procédés. L'objectif de cette thèse est d'étudier les effets quantitatifs et qualitatifs de la lumière sur la croissance et les mécanismes d'acclimatation de deux espèces de microalgues à fort intérêt biotechnologique, Dunaliella salina et Tisochrysis lutea. La première partie de cette thèse examine la réponse de D. salina à des variations rapides de la lumière, reproduisant les fluctuations de l'éclairement typiquement perçues par les cellules microalgales brassées au sein des systèmes de cultures industriels à haute densité de type raceway. Dans la seconde partie, nous avons analysé la réponse de D. salina et T. lutea à différentes compositions du spectre lumineux. L'approche à la fois expérimentale et théorique nous a permis d'identifier les effets d'une lumière colorée sur la productivité et la composition pigmentaire des microalgues. Nos résultats offrent des perspectives encourageantes et des pistes concrètes permettant d'optimiser l'utilisation de la lumière pour produire des microalgues et d'améliorer le bilan énergétique de ces procédés.

Mots-clés : Dunaliella salina, Tisochrysis lutea, biocarburant, photosynthèse, hydrodynamique, lumière intermittente, photolimitation, LED, longueurs d'ondes, pigments, plasticité phénotypique, photoacclimatation, productivité

Abstract : Microalgae are a promising source of third generation biofuels. The interest on these photosynthetic microorganisms also lies within the extent of the spectrum of molecules that they can produce, such as proteins, pigments, and vitamins. Nevertheless, further progress is still necessary to reduce the economic and environmental costs of cultivation processes and to ensure the viability of this sector. In particular, better understanding of the effect of light on the productivity of dense cultures is an essential step to optimize these processes. The aim of this thesis is to study the quantitative and qualitative effects of light on growth and acclimation mechanisms of two species of microalgae with high biotechnological interest, Dunaliella salina and Tisochrysis lutea. The first part of this thesis examines the response of D. salina to rapid light changes, by reproducing irradiance fluctuations typically experienced by microalgal cells in a highly turbid suspension in raceway ponds. In the second part, we analyzed the response of D. salina and T. lutea to different light spectra. Our experimental and theoretical approach allowed us to identify the effect of colored light on productivity and pigment composition of microalgae. Furthermore, our results offer encouraging prospects for elevate understanding and use of light and improve the energy performance of these processes.

Keywords: Dunaliella salina, Tisochrysis lutea, biofuel, photosynthesis, hydrodynamics, flashing light, photolimitation, LED, wavelengths, pigments, phenotypic plasticity, photoacclimation, productivity