La culture des microalgues peut se dérouler dans des conditions autotrophes où la lumière du soleil sert de source d’énergie et le CO2 de source de carbone. Dans les cultures hétérotrophes, les microalgues utilisent de la matière organique par fermentation comme source carbonique et énergétique. Que ce soit dans des systèmes ouverts ou des systèmes clos tels que des photobioréacteurs, il est nécessaire d’utiliser des milieux de culture qui contiennent tous les nutriments indispensables à la croissance des microalgues et à leur reproduction. Quel est le rôle d’un milieu de culture ? Quels sont les différents milieux de culture utilisés dans la culture des microalgues ? Est-ce qu’il y a des différences de milieu de culture entre l’autotrophie et l’hétérotrophie ?
Le rôle des milieux de culture dans la croissance des microalgues
Les milieux utilisés pour la culture des microalgues sont des préparations dans lesquelles les microorganismes peuvent croitre et se multiplier. Afin d’assurer ce rôle indispensable, ils doivent satisfaire aux exigences nutritionnelles des algues que l’on souhaite produire. Ils apportent en quantité suffisante des ions minéraux et éventuellement des facteurs de croissance ou encore des vitamines. Dans le cas d’une culture en mode hétérotrophe, une source de carbone et d’énergie comme le glucose est ajoutée.
En plus d’amener les éléments nutritifs, les milieux de culture doivent avoir un pH le plus proche possible du pH optimal de croissance des microalgues. Enfin, leur force ionique doit être adaptée pour ne pas provoquer la destruction des cellules.
Les milieux de culture synthétiques ont une composition exactement connue aussi bien qualitativement que quantitativement alors que les milieux empiriques sont un peu plus aléatoires, car ils dépendent des matières premières utilisées : eau de mer, source de carbone dans le cas d’une production en hétérotrophie…
Les milieux de culture en autotrophie
Dans une culture de microalgues en photobioréacteurs SALT, le carbone, qui représente à lui seul plus ou moins 50 % de la matière sèche des microalgues, est issu totalement du CO2 en bouteilles branchées au système. Celui-ci est acheminé à la culture en fonction des besoins de l’algue cultivée et de la régulation du pH.
Un milieu de culture classique utilisé pour les cultures des microalgues dans un PBR doit contenir de l’azote qui est généralement apporté sous la forme d’ammoniaque, de nitrate ou d’urée. Le choix de l’une ou l’autre source est essentiellement fonction de l’espèce cultivée.
Le phosphore constitue également un élément indispensable. Dans certains cas, et en fonction du milieu de culture, il est ajouté en excès, car il a la fâcheuse tendance à former des complexes avec certains ions métalliques. Dans ce cas, les algues ne parviennent plus à l’assimiler.
Un milieu de culture contient également des éléments à l’état de traces, mais absolument indispensables. Il s’agit très souvent d’ions métalliques comme le magnésium qui intervient dans la constitution de la chlorophylle, la molécule clé de la photosynthèse.
Un milieu de culture classique utilisé pour cultiver des microalgues en photobioréacteurs est le milieu de Conway. Il contient essentiellement des sels pour l’apport de l’azote et du phosphore ainsi que des métaux à l’état de trace. Il peut contenir des vitamines B1 et B12.
Le milieu de Conway n’est pas utilisé pur, mais généralement dilué dans de l’eau. Avec un photobioréacteur performant, ce milieu de culture peut se trouver plus ou moins concentré.
Avant utilisation, il est stérilisé par passage dans un autoclave ou par filtration sur des filtres de 0,45 µm puis 0,22 µm.
Un autre milieu qui peut être utilisé pour la culture des microalgues est le milieu BBM (Bold Basal Medium). Il diffère du milieu de Conway, par le type de sels utilisé pour sa préparation. Certaines microalgues ont également un meilleur taux de croissance dans un type de milieu plutôt que dans un autre. La culture de certaines microalgues marines de type diatomée nécessite la présence de silice dans le milieu de culture.
Le milieu de culture Conway peut être acheté tel quel, mais sa préparation est simple et relativement bon marché.
Les milieux de culture en hétérotrophie
Les microalgues cultivées en hétérotrophie dans des fermenteurs sont alimentées en substrat carboné qu’elles doivent trouver dans leur milieu de culture. Cette source de carbone peut être de nature variée tel que du glucose, des glucides lignocellulosiques ou de la mélasse riche en sucre.
Il est important de renouveler régulièrement le substrat carboné par des apports réguliers afin de maintenir le processus de fermentation à son meilleur niveau.
Les autres éléments, indispensables à la croissance des microalgues, tels que l’azote, le phosphore et les différents microéléments sont apportés par des sels présents dans le milieu de culture tel que le milieu de Conway.
Conclusion
Le milieu de culture pour la culture des microalgues est l’un des éléments fondamentaux pour la production d’une excellente biomasse.
En fonction de l’espèce d’algue cultivée et du mode de culture, il peut y avoir des différences. Par exemple, dans le cas des cultures d’algues à grande échelle en système ouvert de type « raceway », le milieu de culture est généralement soit hypersalin ou hyperalcalin afin de limiter le risque de contamination bactérienne. Néanmoins, cela peut réduire le type d’espèce cultivable.
