Effects of hydrodynamic stress on microorganisms in photobioreactors for biofuel production

Effets du stress sur les micro-organismes dans les photo-bio-réacteurs pour production de bio-fuel Dans la crise énergétique mondiale actuelle, la demande de production d'énergie reposant sur des sources renouvelables est en hausse. Les biocarburants offrent une option intéressante pour cette transition énergétique. Les intérêts dans le développement d'une troisième génération de biocarburants produits à partir de microalgues et de cyanobactéries ont nettement augmenté. Ainsi, la conception et la construction des systèmes de culture qui fonctionnent dans des conditions optimales sont nécessaires pour bénéficier au maximum du contenu énergétique de ces espèces. Les photobioréacteurs (PBRs) sont des systèmes qui offrent un bon contrôle sur les conditions de culture et de la croissance.Les effets du stress hydrodynamique sur la croissance ainsi que sur la motilité de deux espèces de microorganismes, la cyanobactérie Synechocystis et la microalgue Chlamydomonas reinhardtii, sont étudiés dans deux types de PBR: cuve agitée (agitation mécanique) et airlift tubulaire (agitation par des bulles ascendantes). Les résultats ont montré que Synechocystis est très résistant au cisaillement; la variation de son taux de croissance exponentiel est limitée à la décomposition des colonies cellulaires, alors que sa capacité porteuse semble augmenter avec le cisaillement jusqu'à une valeur maximale. D'autre part, C. reinhardtii se montre plus sensible; son taux de croissance exponentiel augmente avec l'intensité du cisaillement, alors que sa capacité porteuse semble être moins affectée. Un modèle logistique comportant deux paramètres de croissance, le taux de croissance exponentiel et la capacité porteuse, est proposé pour décrire la croissance avec le temps. En suivant une approche de systémiques dynamiques, il a été expérimentalement montré que le taux de croissance instantanée et le taux de croissance per capita tendent vers zéro et oscillent autour d'un point fixe stable où la densité de la population atteint la capacité maximale du système.Un autre aspect de ce travail est d'étudier la motilité des deux microorganismes au cours de leurs cycles de croissance lorsqu’ils sont soumis aux différents niveaux de contrainte de cisaillement. La vitesse moyenne de nage est déterminée pendant la croissance pour des différentes valeurs de cisaillement. Les résultats ont montré que la motilité de C. reinhardtii suit trois phases différentes; une phase ascendante qui commence au milieu de la phase exponentielle de croissance, une phase descendante et enfin une phase amortie au cours de la phase stationnaire de croissance. Il a été montré que l'agitation augmente l'amplitude de la vitesse moyenne de nage et qu’elle avance la motilité cellulaire. En outre, une intensité de cisaillement élevée a conduit à un amortissement plus rapide de la vitesse moyenne vers sa valeur finale en phase stationnaire de croissance. Pour Synechocystis, la motilité n'a pas suivi une tendance claire avec le temps. Cependant, il semble que la vitesse maximale se produit toujours au milieu de la phase exponentielle de croissance.