Modélisation de la croissance des microalgues : interdépendance entre intensité lumineuse et température

Laboratoire d’accueil

DRT/CTREG/DSUD/MicroAlgae Processes (MAP)

CEA Cadarache, Bâtiment 980, F-13108 Saint-Paul-Lez-Durance

La plateforme MAP accueille divers systèmes de culture de microalgues de l’échelle laboratoire (mL) au pilote semi-industriel (m³), ainsi que les moyens analytiques pour étudier la croissance de ces microorganismes photosynthétiques.

Contexte et objectif du stage

Les microalgues sont des microorganismes convertissant l’énergie lumineuse et le CO₂ en nouvelle biomasse par la photosynthèse. Elles présentent un intérêt industriel pour de nombreux marchés : la cosmétique, la nutraceutique, l’alimentation animale, etc… (Barbosa et al., 2023). On évalue la production mondiale à environ 20 000 tonnes/an pour un chiffre d’affaires d’environ 200 millions d’euros. Le marché des microalgues est en pleine expansion car la demande croît fortement pour des produits cosmétiques bio-sourcés et pour des aliments sains et riches en vitamines, fer, oméga 3, etc…

Cependant, les coûts de production des microalgues sont élevés et les marchés de commodités tels que les biocarburants, les bioplastiques ou la captation du CO₂ leurs sont pour le moment inaccessibles.

La modélisation de la croissance des microalgues est un outil intéressant pour optimiser la culture des microalgues et améliorer leur productivité (Béchet et al., 2013). La plupart des modèles mathématiques décorrèlent l’intensité lumineuse I de la température T (les deux principaux paramètres pour la croissance des microalgues) sous la forme :

dXdt=f(I)×g(T)×X           avec X la concentration en biomasse

Cependant les résultats expérimentaux, et notamment ceux obtenus à l’échelle pilote, montrent une interdépendance des deux paramètres. Ainsi, à fortes intensités lumineuses, une température non-optimale peut avoir plus d’impact qu’à des intensités lumineuses moyennes (Béchet et al., 2013).

L’objectif de ce stage sera de calibrer un modèle mathématique qui prend en compte cette interdépendance en s’appuyant sur la littérature scientifique disponible sur le sujet.

Descriptif du stage

Ce stage s’effectuera dans le cadre du projet AlgAdvance (PEPR Bioproductions) et se fera sous l’encadrement d’un doctorant en deuxième année.

Il se déroulera selon le plan suivant :

• Bibliographie sur les modèles de croissance de microalgues et plus particulièrement ceux intégrant la dépendance entre la température et l’intensité lumineuse.
• Mesure de la productivité d’une souche bien connue au laboratoire (chlorella vulgaris NIES227, voir par exemple : Chambonnière et al., 2022) dans différentes conditions expérimentales de température et d’intensité lumineuse par oxymétrie et/ou par mesure de la fluorescence de la chlorophylle.
• Définition et calibration de la fonction permettant de simuler l’évolution de la productivité de cette souche en fonction de la température et de l’intensité lumineuse.
• Validation dans des essais de culture à différentes échelles (erlenmeyer, photobioréacteur fermé de 25L, réacteur ouvert de 100L).

Informations sur le stage

Date de démarrage souhaitée: début 2026

Durée: 6 mois

Gratification : 1400€, aide au logement, restauration d’entreprise, transport par bus gratuit

Références
Barbosa et al., 2023. https://www.cell.com/trends/biotechnology/fulltext/S0167-7799(22)00345-6

Béchet et al., 2013. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2013.08.014

Chambonnière et al., 2022. https://doi.org/10.3390/fermentation8110614

Profil recherché

Etudiant(e) en Master 2 ou en 3^ième année d’école d’ingénieur avec des compétences en génie des procédés et en biotechnologies, et ayant un intérêt pour l’expérimental et pour la modélisation.