Soutenance de thèse de Alexandre SIX

Les plastiques biosourcés et biodégradables sont une alternative prometteuse pour remplacer les plastiques traditionnels et réduire la pollution qu’ils engendrent. Parmi les ressources utilisées pour la fabrication de bioplastiques, l’amidon est largement sollicité pour sa disponibilité et ses propriétés. Cependant, la production actuelle d’amidon est affectée à d’autres usages et peut difficilement être augmentée. En réponse à cette demande, les microalgues émergent comme des producteurs d’amidon à haut potentiel. Les microalgues ont la propriété remarquable de pouvoir accumuler de grandes quantités d’amidon en réponse au stress. Cette particularité pourrait s’exploiter à des fins de production industrielle d’amidon, mais nécessite d’abord de développer des procédés de culture et d’extraction spécifiques. La difficulté majeure de ce développement est d’obtenir un bilan énergétique et économique positif. Afin de mieux appréhender les défis liés à une échelle industrielle, l’objectif de ce travail a été d’étudier la production d’amidon de microalgues et sa conversion en bioplastiques. Le travail expérimental a d’abord consisté à comparer les méthodes connues pour induire l’accumulation d’amidon dans les chlorophycées, en utilisant Chlorella vulgaris CCALA924 comme cas d’utilisation. Il a été montré que l’absence de lumière bleue induit une accumulation constante d’amidon sans générer de stress pour la culture. A partir de cette technique, il serait possible de développer un procédé de culture continu plus simple et aussi productif que la méthode actuelle en deux étapes utilisée en référence dans ce travail. D’autre part, nous avons évalué les conditions optimales d’apport en lumière naturelle durant la phase de production d’amidon qui a lieu sous stress nutritionnel. En lumière naturelle et sous stress, les microalgues ne peuvent pas atteindre leur contenu maximal d’amidon sans compromettre l’efficacité de l’utilisation de la lumière. Il est ainsi essentiel de trouver un équilibre pour le contenu final en amidon. Dans nos conditions expérimentales, un compromis sur le contenu final d’amidon d’environ 50% mène à une productivité surfacique d’amidon au moins similaire aux plantes. Enfin, nous avons développé un procédé d’extraction de l’amidon de microalgues dont le rendement est de 98%. L’amidon extrait des microalgues a été transformé en amidon thermoplastique (TPS, pour thermoplastic starch), marquant la première démonstration de plastification d’amidon de microalgues à l’aide de techniques similaires à l’industrie. En conclusion, cette recherche apporte de nouvelles connaissances pratiques sur l’accumulation d’amidon, sur la culture en contexte extérieur, et sur les procédés de conversion des microalgues en bioplastiques. Elle constitue une avancée vers la production industrielle de bioplastiques à partir d’amidon de microalgues.

Biobased and biodegradable plastics offer a promising alternative to traditional plastics, aiming to reduce the pollution they cause. Among the resources used for bioplastic production, starch is highly sought after. However, the current production is limited and allocated to other uses such as food industry. In response to this demand, microalgae are emerging as high-potential starch producers. Microalgae possess a remarkable ability to accumulate large quantities of starch in response to stress. This capacity could be industrially exploited for starch production, but requires the development of specific cultivation and extraction processes, as well as achieving positive energy and economic efficiency. The objective of this work was to study microalgae starch production and its conversion into bioplastics, aiming to better understand the challenges associated with industrial scale-up. The experimental work initially involved comparing known methods for inducing the starch accumulation. It was demonstrated that the absence of blue light induces continuous starch accumulation without imposing stress on the culture. Based on this technique, a simpler continuous cultivation process could be developed, with similar productivity to the current two-stage method. Furthermore, we evaluated the optimal conditions for natural light supply during the starch production phase. Under natural light and nutritional stress, microalgae cannot reach their maximum starch content without diminishing their light utilization efficiency. Thus, it is essential to find the right balance for the final starch content. Under our experimental conditions, a final starch content of approximately 50% led to a theoretically higher areal starch productivity than plants. Finally, we developed an extraction process recovering microalgal starch with a yield of 98%. The starch recovered from microalgae was utilized to produce thermoplastic starch (TPS), marking the first demonstration of microalgal starch plasticization using industrially relevant techniques. In conclusion, this research provides new practical knowledge on starch accumulation, outdoor cultivation, and the conversion processes of microalgae into bioplastics. It represents a step forward towards the industrial production of bioplastics from microalgae starch.