Avantages et limites de la culture des microalgues

Table des matières

INTRODUCTION GÉNÉRALE
CONTEXTE, OBJECTIFS ET MÉTHODES
Introduction
1 État de l’art
1.1 Utilisation des microalgues pour le traitement des eaux usées et la production de biomasse d’intérêt industriel
1.1.1 Généralités sur les microalgues et ses applications
1.1.1.1 Définition et caractéristiques
1.1.1.2 Métabolisme et efficacité photosynthétique
1.1.1.3 Croissance et principaux métabolismes d’adaptation
1.1.1.4 Nombreuses applications des microalgues
1.1.2 Bioremédiation et production de biomasse en systèmes ouverts
1.1.2.1 Avantages et limites de la culture des microalgues sur des eaux usées
1.1.2.2 Example d’un lagunage naturel en lagunage à haut rendement algal : projet PHYCOVER
1.2 Importance des interactions au sein des systèmes de production de microalgues
1.2.1 Biodiversité et fonctionnement des écosystèmes microbiens
1.2.1.1 Grands types d’interactions biotiques
Les interactions conflictuelles
Les interactions bénéfiques
1.2.1.2 Diversité, productivité et stabilité : relations et mécanismes
1.2.2 Potentiel des associations entre espèces microalgales dans les cultures intensives
1.2.3 Interactions entre microalgues et bactéries : multiples, complexes et difficiles à élucider
1.2.4 Interactions possibles entre les consortia microbiens naturels dans la lagune expérimentale du projet PHYCOVER
1.3 Modèles et concepts sur les procédés de production algale
1.3.1 Modélisation prédictive, optimisation et contrôle : étapes clés à intérêt théorique et applicatif
1.3.2 Modélisation d’un système biologique
1.3.2.1 Trois modes de fonctionnement
1.3.2.2 Modèle mathématique du chémostat : quelques notions et principes
1.3.2.3 Enjeux de la caractérisation mathématique de la croissance microbienne et du choix du degré de complexité d’un modèle
1.3.3 Facteurs et cinétiques de la croissance algale
1.3.3.1 Limitation par les nutriments
1.3.3.2 Limitation par la disponibilité de la lumière
1.3.3.3 Limitation par d’autres facteurs abiotiques
1.3.3.4 Conclusion
1.4 Estimations dynamiques par intervalles pour borner les incertitudes
1.4.1 Principe et intérêt de l’approche des observateurs par intervalles
1.4.2 Théorème de Muller
1.4.3 Exemple illustratif sur le chémostat
1.5 Concluion du chapitre : objectifs de l’étude et hypothèses de recherche
2 Méthodologie de travail
2.1 Méthodes, techniques et outils de recherche
2.1.1 Approches expérimentales et dispositifs expérimentaux
2.1.1.1 Expérimentations in situ et microalgues isolées
2.1.1.2 Expérimentations au laboratoire et dispositifs expérimentaux
2.1.2 Approches de modélisation mathématique
2.1.2.1 Développement des modèles mathématiques
La partie physique
La partie biologique
2.1.2.2 Outils mathématiques pour l’analyse d’un modèle dynamique
2.1.2.3 Ajustement des données aux modèles, identification des paramètres, validation et prédiction
2.2 Mise en pratique des outils et étapes de la démarche de recherche
2.3 Répartition des activités de la thèse
ARTICLES PUBLIÉS, SOUMIS OU EN PRÉPARATION : RÉSULTATS ET DISCUSSIONS
3 Demonstration of facilitation between microalgae to face environmental stress
3.1 Introduction
3.2 Results and Discussion
3.2.1 No direct toxic effect of high NH+4 and pH on microalgae growth rates
3.2.2 Evidence of species-dependent ammonia effect
3.2.3 Evidence of facilitation interaction through a modeling approach
3.2.4 Importance of the initial populations densities on the degree of facilitation in simulated HRAP
3.2.5 Validation of the ecological facilitation in real HRAP
3.3 Materials and Methods
3.3.1 HRAP experiment
3.3.2 Microalgae strains, cultivation conditions, and laboratory experiments
3.3.3 DNA isolation, PCR, and sequencing
3.3.4 Sample analyses
3.3.5 Data Analysis
3.3.6 Modeling procedures
3.4 Principales contributions et perspectives sur les interactions algue–algue vis-à-vis de la ressource azotée
4 A new kinetics model to predict the growth of micro-algae subjected to fluctuating availability of light
4.1 Introduction
4.2 Materials and methods
4.2.1 micro-algae strains and pre-culture medium
4.2.2 Experimental procedure and cultivation conditions
4.2.3 Analytical procedures
Batch cultures
Continuous cultures
Carbon conversion
4.2.4 Model identification methods
4.2.5 Statistical tests
4.3 Results and discussion
4.3.1 Effects of the incident light on the specific growth rate of C. sorokiniana and S. pectinatus in batch monoculture
4.3.2 Effects of the density of the biomass on the growth rates of C. sorokiniana and S. pectinatus in batch mono-culture
4.3.3 Modeling the light attenuation within cultures
4.3.4 Coupling the photo-inhibition and photo-limitation effects in micro-algal growth kinetics
4.3.5 Model calibration and extension for poly-culture predictions in continuous mode photo-bioreactors
4.3.6 Prediction of the possible outcomes of the competition for light availability in continuous mode photo-bioreactors under periodic light conditions
4.4 Conclusion
4.5 Principales contributions et perspectives sur les interactions algue–algue vis-à-vis de la ressource lumineuse
CONCLUSION GÉNÉRALE