Shamash Production de biocarburants lipidiques par des microalgues Projet ANR-PNRB

1. Shamash • Production de biocarburants lipidiques par des microalgues • Projet ANR-PNRB • Labéllisé auprès des poles de compétitivité • CAPEnergie et Mer • Budget : 2.8 Millions € dont 0.796 financés par l’ANR • Olivier BERNARD • COMORE • INRIASophia-Antipolis PNRB 26/02/ 2008

2. 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 PNRB 26/02/ 2008

3. 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 PNRB 26/02/ 2008

4. Production d’acides gras • Bioproduction stimulée par: • Carence en azote ou en silice • Exposition à une lumière forte • Augmentation du CO2 dissout • Choc thermique PNRB 26/02/ 2008

5. Avantages des microalgues • - Rendements de production (x30) • Nombreux sous-produits valorisables • Fixation contrôlée du CO2 • Technologie exploitable dans les pays en voie de développement PNRB 26/02/ 2008

6. Stockage des lipides D’après Chisti, 2007 PNRB 26/02/ 2008

7. Composition en acides gras D’après Bigogno et al. 2002 PNRB 26/02/ 2008

8. Projet Shamash Partenariat Shamash INRIA Coordination INRIA Modélisation & contrôle CEA Mécanismes métaboliques CNRS-LOV Métabolisme lipides CIRAD Caractéristiques et utilisation carburant IFREMER Sélection espèces à potentiel GEPEA Photobioréacteurs LPPE & Valcobio Extraction lipides PNRB 26/02/ 2008

9. Shamash en 5 tâches ? Tâche 1 : Identification des espèces potentielles Tâche 2 : Compréhension des mécanismes Tâche 3 : Photobioréacteurs Tâche 4 : Extraction/ Caractérisation Tâche 5 : Analyse des coûts/ /exploitation PNRB 26/02/ 2008

10. Résultats : Tâche 1 Tâche 1 : recherche de souches à forte productivité Évaluation multicritères de 60 espèces PNRB 26/02/ 2008

11. Résultats : tâche 1 Observation des lipides pour différentes espèces PNRB 26/02/ 2008

12. très important moyennement important peu important 0 1 2 3 4 5 6 7 Résultats : tâche 1 Choix de 8 espèces, puis de 3 espèces PNRB 26/02/ 2008

13. Phase de carence Effet des cycles Jour/nuit Résultats : tâche 2 Compréhension des mécanismes de production des lipides : influence d’une carence en azote NO3 Volume total lipides PNRB 26/02/ 2008

14. TAG, fibrillin, DGAT, VTE1 Résultats : tâche 2 Compréhension des mécanismes de production et de stockage des lipides Procaryotes Végétaux supérieurs Microalgues Une étude in silico des génomes de plusieurs microalgues indique la présence de gènes spécifiques des plastoglobules chloroplastiques. Plastoglobules : chloroplastes TAG body PHA body Oil body : réticulum endoplasmique (graines) Cadarache PNRB 26/02/ 2008

15. CO2 F6P G6P G1P ADP Glu amylopectine Grain d’amidon amylose PEP TAG ACCase DGAT Acétyl CoA Malonyl CoA PAP Fibrilline PGL Résultats : tâche 2 • 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). Vue simplifiée du métabolisme chloroplastique de synthèse de lipides de réserve et d’amidon Cadarache PNRB 26/02/ 2008

16. => Détermination du profil d’irradiance (modèle radiatif) Modèle de production en photobioréacteur Ea Neochloris Es Neochloris Ea Chlamy Es Chlamy Z=z/L • = [Ea/(Ea+2bEs)]½  = (Ea + 2bEs)XL Résultats : tâche 3 Design et optimisation Aspect fondamental : Productivité fixée par l’accès à la lumière (facteur limitant principal) • Détermination des propriétés optiques PNRB 26/02/ 2008 • Modèles de croissance et de production

17. Résultats : tâche 3 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 PNRB 26/02/ 2008

18. Conclusions • Un domaine nouveau à explorer • De nombreuses promesses à valider • De nombreuses possibilités… • De nombreux verrous (qq g/l d’huile à extraire…) PNRB 26/02/ 2008

19. Conclusions D’après Pienkos (NREL) 2007 PNRB 26/02/ 2008