Essai d’optimisation de la culture in-vitro de Porphyridium purpureum

La surface du globe terrestre se compose de 70% d’eau qui contient une grande variété de plantes microscopiques dont les microalgues font partie Les microalgues sont des algues microscopiques. Ce sont des organismes invisibles à l’œil nu dont la taille varie de 1 µm à quelques centaines de µm. Ce sont les êtres vivants les plus anciens puisqu’ils sont apparus il y a environ 3,5 milliards d’années. Les algues bleu-vert ou Cyanophycées sont les premières traces de vie de notre planète Terre. Les microalgues rouges, brunes, vertes sont apparues par la suite (MARTIN, 2005).

Les microalgues flottantes ou en suspension dans l’eau douce ou l’eau de mer, se laissant entraîner par les courants, sont appelées phytoplancton (ARINO, 2001). Par la photosynthèse, le phytoplancton joue un rôle primordial sur l’équilibre de notre planète car le carbone atmosphérique est transformé en matière organique en produisant la moitié de l’oxygène sur Terre. De plus, le phytoplancton est le premier maillon de la chaîne alimentaire aquatique. Tous les animaux aquatiques ont besoin de ces plantes microscopiques directement ou indirectement pour continuer à exister. Les microalgues présentent de nombreuses applications. Elles constituent une source prometteuse de métabolites intéressants divers domaines (cosmétiques, pharmaceutiques, alimentaires…) (FAO,2004). En même temps, la culture de ces microorganismes contribue à la réduction du taux des gaz à effets de serre.

LA PHOTOSYNTHÈSE

La photosynthèse est le phénomène physiologique par lequel les organismes phototrophes synthétisent des composés organiques à partir du gaz carbonique et de l’eau, en utilisant l’énergie lumineuse absorbée et transformée en énergie chimique par les pigments chlorophylliens et en libérant de l’oxygène (ARNAUD et GUIRAUD, 1982). Le processus de la photosynthèse comprend deux étapes :
•La photophosphorylation de l’adénosine diphosphate (ADP) qui aboutit à la formation de l’adénosine triphosphate (ATP). L’énergie fournie par la lumière va être stockée sous forme d’énergie de liaison chimique, biologiquement utilisable. Il s’agit essentiellement de la liaison anhydride phosphorique de l’adénosine triphosphate (ATP).
•La synthèse de composés organiques généralement sous forme de réserve de nature glucidique, à partir du gaz carbonique et de l’eau

LES MICROORGANISMES

LES PROTISTES

Les microorganismes cellulaires se répartissent en quatre catégories: algues, champignons, protozoaires, bactéries. Ils appartiennent à 3 types : végétal (algues, champignons), bactérien (cyanobactéries, eubactéries, archéobactéries) et animal (protozoaires) (BOCQUET, 1982). Mais sous leur apparente diversité de taille, de morphologie, de métabolisme, l’ensemble constitue le règne des PROTISTES. Les protistes sont caractérisés par une organisation simple, unicellulaire ou pluricellulaire, avec des cellules toutes équivalentes, sans spécialisation fonctionnelle (RIVIERE, 1985). Les protistes sont divisés en deux groupes :
• protistes supérieurs ou eucaryotes comprenant la plupart des algues, des champignons et des protozoaires
• protistes inférieurs ou procaryotes comprenant les algues bleues et les bactéries.

LES MICROALGUES

Généralités

Les microalgues ou microphytes sont des algues microscopiques. Ce sont des microorganismes chlorophylliens photosynthétiques. Elles élaborent en présence de lumière, grâce aux pigments assimilateurs contenus dans les plastes, leurs propres molécules organiques à partir des éléments minéraux du milieu (eau, gaz carbonique). Elles sont donc autotrophes (ROLLAND et VIAN, 1980). Elles se présentent soit sous forme unicellulaire soit sous forme pluricellulaire. Il existe actuellement environ 50000 à 70000 espèces recensées (ANONYME, 2003). Elles se trouvent naturellement dans les eaux. Elles sont normalement microscopiques, mais dans les conditions idéales, elles peuvent proliférer pour former ce qu’on appelle des « fleurs d’eau », « efflorescence » ou « bloom » et produisent des troubles ou des colorations visibles dans l’eau. La production mondiale de microalgues, en poids sec, est estimée à environ 200 milliards de tonnes par an (ANONYME, 2003).

Classification

De nombreux critères sont utilisés pour la classification des algues. Ce sont la pigmentation, la structure cellulaire, la morphologie, la paroi cellulaire… La présence ou l’absence d’un noyau a permis de les séparer en deux groupes : les eucaryotes et les procaryotes Les microalgues eucaryotes, possédant un véritable noyau, sont très diverses et réparties dans de nombreuses divisions (MARTIN, 2005):
• Les Chlorophytes
• Les Euglénophytes
• Les Chrysophytes
• Les Chromophytes
• Les Rhodophytes
• Les Xanthophytes
• Les Dinophytes…

Les microalgues procaryotes, n’ayant pas de noyau, regroupent l’ensemble des algues bleu-vert ou cyanobactéries ou cyanophycées (GENEVES, 1990).

Les algues ont des couleurs variées dues à la présence de pigments. C’est ce caractère qui conduit à les subdiviser en différents embranchements et non leur couleur (de nombreuses algues de couleur vertes étant des algues brunes).

Ecologie

En général, les microalgues sont aquatiques. Il en existe dans les eaux douces (lacs, mares, ruisseaux…), dans les mers, quelques espèces sont adaptées à l’air humide (surface des troncs d’arbre, sol…) (GENEVES, 1990). Cependant, elles sont omniprésentes dans toute la biosphère. Elles peuvent se rencontrer n’importe où et même dans des conditions extrêmes. Elles peuvent vivre en terre moite et noire, dans les sables du désert (désert de Sahara), dans les glaces des pôles (Antarctique), ou au plus profond des mers (elles sont connues pour être les composants essentiels des récifs de corail). Des microalgues ont même été trouvées dans les nuages (SATIN, 2005). On distingue dans les populations microalgales aquatiques deux grands ensembles. Le premier est constitué d’espèces qui flottent ou nagent en pleine eau. Elles forment la partie végétale et productrice du plancton ou phytoplancton (du grec plankton = errant). Le second ensemble appelé microphytobenthos (du grec benthos = fond) est constitué par des espèces fixées au fond (ROLLAND et VIAN, 1980 ; BOUDAREL, 1948).

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Table des matières

INTRODUCTION GÉNÉRALE
PREMIÈRE PARTIE RÉSUMÉ BIBLIOGRAPHIQUE
I. LA PHOTOSYNTHÈSE
II. LES MICROORGANISMES
A. LES PROTISTES
B. LES MICROALGUES
1. Généralités
2. Classification
3. Ecologie
4. Mode de culture
5. Utilisation des microalgues
5.1. Oxygénation
5.2. Consommation de dioxyde de carbone CO2
5.3. Épuration
5.4 Alimentation humaine et animale
5.5. Utilisations industrielles
6. Situation des microalgues à Madagascar
C. LES RHODOPHYCÉES
D. Porphyridium purpureum
1. Taxonomie
2. Morphologie et cytologie
3. Composition biochimique
3.1. Pigments
3.2. Polyssaccharides
3.3. Acides aminés
3.4. Acides gras
3.5. Enzymes
4. Facteurs influençant la croissance
4.1. La lumière
4.2. Le milieu de culture
4.3. L’agitation et l’aération
4.4. La température
4.5. Le pH
4.6. La salinité
4.7. Les facteurs biologiques
5. Utilisations
5.1. Utilisations industrielles
5.2. Utilisation en alimentation des animaux d’aquaculture
DEUXIÈME PARTIE ÉTUDE DE LA SOUCHE
I INTRODUCTION
II. MÉTHODOLOGIE
A. Matériels
1. Matériel biologique
2. Milieux de culture
B. Méthodes
1. Préparation des milieux de culture
1.1. Milieu liquide
1.2. Milieu solide
2. Préparation des suspensions de microalgue
3. Inoculation et incubation
4. Isolement et purification
5. Examen à l’état frais
III. RÉSULTATS ET DISCUSSION
A. Sur milieu liquide
B. Sur milieu solide
IV. CONCLUSION
TROISIÈME PARTIE ÉTUDE DE LA CROISSANCE
I INTRODUCTION
II. MÉTHODOLOGIE
A. Matériels
1. Matériel biologique
2. Milieu de culture
3. Photobioréacteur
3.1. Description de l’appareil
3.2. Dispositif de mesure
B. Méthodes
1. Culture en discontinu
1.1. Principe
1.2. Préculture
1.3. Culture
2. Méthode analytique
2.1. Mesure de la turbidimétrie
2.2. Mesure par comptage cellulaire
2.3. Mesure du poids sec
2.4. Détermination des coefficients de correspondance
3. Détermination des paramètres d’état
3.1. Le taux de croissance
3.2. Le temps de génération
III. RÉSULTATS ET DISCUSSION
A. Résultats
B. Discussion
1. Évaluation de la population microalgale
2. Cinétique de croissance
IV. CONCLUSION
QUATRIÈME PARTIE OPTIMISATION DES CONDITIONS DE CULTURE
I. INTRODUCTION
II. MÉTHODOLOGIE
A. Optimisation de l’agitation
B. Optimisation du pH
C. Optimisation de la salinité
D. Optimisation de l’intensité lumineuse
III. RÉSULTATS ET DISCUSSION
A. Effets de l’agitation
1. Résultats
2. Interprétation
B. Effets du pH
1. Résultats
2. Interprétation
C. Effets de la salinité
1. Résultats
2. Interprétation
D. Effets de la lumière
1. Résultats
2. Interprétation
IV. CONCLUSION
CONCLUSION GÉNÉRALE