La microscopie à force atomique pour optimiser la récolte des microalgues
Publié par Redbran le 05/10/2018 à 12:00
Source: CNRS-INSIS
Les microalgues représentent aujourd'hui une ressource prometteuse pour la production de biocarburants. Cependant, l'inefficacité des méthodes de récolte freinent leur exploitation à grande échelle. Des chercheurs du Laboratoire d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique ou industrielle.) des systèmes biologiques et des procédés et de la fédération de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) Fermat montrent l'apport de la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible...) à force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force...) atomique (AFM) pour décrypter les interactions entre les microalgues et leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à...), et ainsi comprendre les mécanismes qui permettent leur récolte par floculation/flottation.


© LISBP
Image de déflection AFM d'une cellule de P. tricornutum en milieu tampon.

Récolter les microalgues consiste à les séparer de leur milieu de culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) aqueux, où leur concentration est faible, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en conservant leur paroi intacte. Technique de récolte prometteuse, la flottation consiste à générer des bulles d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et...) dans une suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de particule. En géomorphologie, la suspension est un mode de...) de microalgues. Les cellules s'y fixent, ce qui conduit à leur accumulation en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...). L'efficacité de cette technique peut être améliorée grâce à la floculation préalable des cellules en larges flocs, facilement séparables de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) par les bulles en ascension. Des chercheurs du Laboratoire d'ingénierie des systèmes biologiques et des procédés (LISBP, CNRS/INRA/INSA Toulouse) et de la Fédération de recherche "Fluides, énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), réacteurs, matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) et transferts" (Fermat, CNRS/INRA/Université Toulouse III - Paul Sabatier/INP Toulouse/INSA Toulouse) ont cherché à mieux cerner les mécanismes à l'origine de l'adhésion (En physique, l'adhésion est l'ensemble des phénomènes physico-chimiques qui se produisent lorsque l’on met en contact intime deux...) des microalgues entre elles.

Leur approche a d'abord permis à l'échelle de populations entières de Phaeodactylum tricornutum, de quantifier la formation de flocs en présence d'hydroxyde de magnésium, un floculant naturel qui se forme dans le milieu de culture à pH élevé.

Ensuite, les chercheurs sont descendus à l'échelle cellulaire, grâce à la microscopie à force atomique (AFM), pour sonder les changements structuraux des parois induits par ces conditions. Enfin, une stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) originale a été développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la...) pour fonctionnaliser les pointes AFM directement avec les particules d'hydroxyde de magnésium, et ainsi comprendre les interactions moléculaires entre les cellules et l'hydroxyde. Ces résultats expliquent les mécanismes sous-jacents à la floculation/flottation des microalgues et ouvrent de nouvelles voies pour optimiser leur récolte.

Références publication:
Towards a better understanding of the flocculation/flotation mechanism of the marine microalgae Phaeodactylum tricornutum under increased pH using atomic force microscopy,
C. Formosa-Dague, V. Gernigon, M. Castelain, F. Daboussi and P. Guiraud
Algal Research 33 (2018) 369–378
https://doi.org/10.1016/j.algal.2018.06.010

Contacts chercheurs:
Cécile Formosa-Dague, LISBP
Pascal Guiraud, LISBP
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