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Moyens à la recherche - Laboratoire d'Océanographie de Villefranche-sur-Mer
Unité Mixte de Recherche 7093 – CNRS/UPMC

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PhytoPULSE : PhytoPlankton cULturing SystEm

Principe

Le PhytoPULSE est une plateforme constituée d’une panoplie de photobioréacteurs automatisés permettant la culture de microalgues sur de longues durées et le contrôle fin de leurs conditions de croissance. L’ensemble des dispositifs de culture et des automates associés permettent d'associer aux photobioréacteurs l’environnement électronique nécessaire à l’automatisation du système. Le PhytoPULSE permet de piloter jusqu'à 8 cultures continues simultanément durant plusieurs mois. Les études conduites servent à comprendre la physiologie du phytoplancton replacé dans des conditions spécifiques de croissance (naturelles ou non), à faire de la sélection variétale de souches de microalgues, à optimiser des conditions de culture et à procurer des mesures dont la qualité permet la validation de modèles mathématiques. Il permet également d'explorer les voies de valorisation industrielles possibles des microalgues marines (bioraffinerie, production de métabolites d'intérêt).

 

Contrôle

Les paramètres contrôlés par le PhytoPULSE et qui déterminent les conditions de croissance sont les suivants :

•       Lumière : l’intensité lumineuse peut être soit continue, soit suivre un régime variable tel un cycle jour/nuit ou bien simuler par exemple la lumière reçue par une particule en mouvement dans la colonne d'eau. La nouvelle version du système permet de moduler la composition spectrale de la lumière incidente à l'aide d'un large panel de LEDs.

•       Température : de l’eau thermostatée circule dans la double paroi des photobioréacteurs à l'aide de cryostats programmables (variations diurnes).

•       Taux de croissance : le taux de dilution des cultures, ajusté grâce à des pompes de précision, permet de contrôler le taux de croissance des algues. Les cultures peuvent ainsi fonctionner aussi bien en batch qu’en divers modes continus (chémostat et turbidostat). Pour le mode turbidostat, les pompes qui contrôlent l'admission de milieu frais dans les cultures sont asservies à la turbidité mesurée dans les photobioréacteurs.

•       Facteur limitant : il est possible d'enrichir les cultures en sels nutritifs suivant des régimes variables dans le temps, continus ou pulsés. Le dispositif permet également une limitation par la lumière

•       pH : le pH est contrôlé à une valeur de consigne par bullage d’air enrichi en CO2.

 

 

Le système de culture est couplé à plusieurs appareils qui ont été automatisés au laboratoire. Ce procédé permet de prélever directement dans les photobioréacteurs et d'acquérir des données en temps réel et à haute fréquence. Les paramètres qui peuvent être mesurés de manière automatique sont :

•       Densité optique des cultures

•       Nombre et distribution en taille des cellules grâce à un compteur de particules (HIAC) associé à un diluteur automatisé (fréquence des acquisitions : 3 min).

•       NO2, NO3 et bientôt NH4, sur des chaînes d’analyse Technicon ou Alliance couplées à des rampes de filtres (fréquence des acquisitions : 4min).

•       Paramètres photosynthétiques : fluorescence variable au PAM.

•       Un échantillonneur automatique peut aussi être couplé au système de culture pour effectuer des séries de prélèvements pour analyses ultérieures.

Les autres paramètres d'intérêt sont mesurés soit directement au laboratoire, soit à l'aide d'autres plateformes du LOV. Les mesures habituellement réalisées concernent le carbone et l'azote particulaires (au CHN) ; le carbone dissout (DIC) ; les constituants cellulaires : lipides (mesures indicatives après marquage au Nile Red et mesures biochimiques après extraction), protéines et sucres (intracellulaires ou excrétés) ;  le cortège pigmentaire (par HPLC) ou la chlorophylle seule (par fluorescence ou par spectrophotométrie) ; l'activité de la nitrogénase (GC) suivie en ligne dans un incubateur dédié ;  le cycle cellulaire (cytomètre en flux après marquage de l’ADN). Il est également possible d'effectuer des mesures optiques par spectrophotométrie et spectrofluorimétrie.

A l'avenir, des améliorations vont encore être apportées au PhytoPULSE, notamment par l'automatisation de nouveaux capteurs ou instruments de mesure. Il est notamment prévu de mettre en place une mesure continue d'oxygène dissous et à plus long terme, une régulation de ce taux d'oxygène. L'utilisation du logiciel Odin (INRIA) pour la surveillance et le contrôle du système devrait être généralisée, ainsi que de le couplage au programme SILEX (INRA) qui permet l'organisation des données en base et facilite leur exploitation.

 

Contact : Amélie Talec - Tél: 04 93 76 38 52 - Amelie.Talec -at- obs-vlfr.fr

Production scientifique associée au SEMPO

 

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Mueller M, Beaufort L, Bernard O, Pedrotti M-L, Talec A, Sciandra A (2012) Influence of CO2 and nitrogen limitation on the coccolith volume of Emiliania huxleyi (Haptophyta). Biogeosciences 9: 4155-4167 | doi: 10.5194/bg-9-4155-2012.

Dron A, Rabouille S, Claquin P, Le Roy B, Talec A, Sciandra A (2012) Light-dark (12:12) cycle of carbon and nitrogen metabolism in Crocosphaera watsonii WH8501: relation to the cell cycle. Environ Microbiol 14: 967-981 | doi: 10.1111/j.1462-2920.2011.02675.x.

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LOV - 24/04/17