Cultiver des microalgues

Le principe de la mixotrophie dans la culture des microalgues

La mixotrophie permet aux microalgues de tirer leur énergie de la photosynthèse, mais aussi du carbone organique. Découvrez tous les avantages de ce mode de culture

Comment cultiver des microalgues en mixotrophie ?

Dotées d’une capacité de croissance fulgurante, les microalgues sont utilisées dans des domaines aussi variés que la santé, la cosmétique, l’alimentation et jusque dans le secteur des énergies. Certaines d’entre elles, les autotrophes, utilisent la photosynthèse pour croitre. D’autres, les hétérotrophes, assimilent le carbone organique pour se développer. Il existe un troisième mode de nutrition que peuvent utiliser certaines algues comme la chlorelle, la mixotrophie. Les organismes qui en sont pourvus possèdent l’étonnante capacité de pouvoir choisir entre ces deux modes en fonction des conditions de leur milieu de vie. Comment utiliser le principe de la mixotrophie pour cultiver des microalgues ? Quels sont ses avantages et ses inconvénients ?

La mixotrophie, coopération entre photosynthèse et assimilation du carbone organique

Les microalgues autotrophes font appel à la photosynthèse comme les plantes vertes pour leur croissance. Ce phénomène, qui est la base de la vie sur la Terre, permet aux algues de synthétiser du glucose qui leur sert de source d’énergie, en combinant de l’eau et du dioxyde de carbone (CO2) dans lequel le carbone se trouve à l’état minéral. L’oxygène produit au cours de ce processus est rejeté dans le milieu extérieur. La culture de la chlorelle en photobioréacteur applique ce principe. Nos photobioréacteurs SALT sont pensés pour cultiver en autotrophie, donc équipés de LED. Certains de nos utilisateurs les ont déjà utilisés avec succès pour faire de l’hétérotrophie.

Les organismes hétérotrophes assurent leur subsistance en ingérant du carbone organique comme dans le glucose, qu’ils trouvent dans leur milieu de vie en consommant de la matière organique riche en hydrates de carbone, en lipides et en protéines. L’hétérotrophie est un mode de nutrition présent chez de nombreux êtres vivants comme les animaux, les champignons, les protozoaires et les bactéries. Il est exploité dans les fermenteurs.

Les organismes mixotrophes ont la capacité de choisir l’un ou l’autre de ces systèmes en fonction de leur environnement. Ils sont capables de produire du glucose en utilisant du dioxyde de carbone et de l’eau en présence de lumière ainsi que d’assimiler directement du carbone organique en absence de rayonnement lumineux. Bien souvent dans la nature, les organismes mixotrophes utilisent les deux modes simultanément.

La culture des microalgues en mixotrophie

Les microalgues sont cultivées à grande échelle dans des fermenteurs contenant un substrat carboné qui les nourrit afin qu’elles produisent de grandes quantités de biomasses. De la lumière de faible intensité et de courte durée est régulièrement introduite dans la culture pour activer les organites capteurs de l’énergie lumineuse des algues comme les chloroplastes.

Ces photorécepteurs une fois activés permettent d’augmenter le rendement des microalgues et la production des molécules d’intérêts. De plus, en modifiant la longueur d’onde de la lumière ou en utilisant un mode lumineux sous forme de flash, il est possible d’orienter la production des algues en culture vers tel ou tel type de molécules.

C’est un système qui permet de tirer parti des avantages de l’autotrophie et de l’hétérotrophie.

Les avantages et les inconvénients de ce type de culture

La culture des microalgues en mixotrophie permet d’obtenir des rendements bien supérieurs aux autres modes de production et peut atteindre jusqu’à 250 g de matière sèche par litre. Il s’agit d’un taux de production qui peut être jusqu’à 10 fois supérieur aux cultures d’algues en photobioréacteurs. Quand on sait que les chlorelles sont riches en amidon et possèdent de nombreuses propriétés tonifiantes et détoxifiantes, leur culture en mixotrophie devient intéressante.

Les molécules d’intérêts qui peuvent être produites en mixotrophie sont nombreuses : des sucres et des polysaccharides, des acides aminés, des antioxydants, des pigments ainsi que des acides gras de grande valeur comme le DHA ou l’EPA.

Le domaine de l’alimentation humaine constitue la première voie de commercialisation des microalgues. Elles sont utilisées telles quelles ou transformées, car elles sont une importante source de protéines, d’acides gras polyinsaturés, de vitamines et de sels minéraux.

Le processus de culture des microalgues en mixotrophie est hautement industrialisable et ne requiert pas de contraintes géographiques liées à la durée d’ensoleillement. Néanmoins, si la molécule d’intérêt est un pigment, la présence de soleil ou d’une lumière artificielle est alors indispensable.

L’impact environnemental d’une culture de microalgues en mixotrophie est relativement faible, car :

  • La consommation d’énergie est faible : la lumière apportée pour la phase autotrophe est de faible intensité et sporadique ;
  • La consommation d’eau est limitée puisque le système fonctionne en circuit fermé ;
  • Le bilan carbone est positif, car le CO2 produit durant la phase hétérotrophe est consommé pendant la phase lumineuse.

Néanmoins la mise en place d’une culture d’algues en mixotrophie représente des dépenses d’investissement assez élevées. De plus, le risque de contamination de la culture par des microorganismes tels que des bactéries ou des champignons est important.

Les charges d’entretien et d’exploitation sont également importantes puisqu’il faut régulièrement apporter à la culture des sources de carbone externes et stériles.

Conclusion

Les microalgues représentent une ressource exploitable phénoménale. Le nombre d’espèces est estimé à plusieurs centaines de milliers, mais quelques-unes seulement sont, à ce jour, cultivées de manière industrielle pour la biomasse et les substances dérivées à haute valeur ajoutée.

La production en mixotrophie représente une alternative très intéressante tant d’un point de vue de la capacité de production que de la possibilité de réguler la culture pour sélectionner les molécules d’intérêts.

Néanmoins, ce procédé de culture doit évoluer pour faire diminuer les coûts de production et d’exploitation qui constituent un frein majeur pour son utilisation.