Photobioréacteur automatisé

Les algues c'est cool ! Les algues sont nos amies ! Encore plus si on peut les manger et en faire du biocarburant.
Le but de ce projet est donc de fabriquer un photobioréacteur capable de cultiver des micro-algues (très probablement des souche d'Arthrospira sp. sauvages voire génétiquement modifiées) de façon automatisée (ajuster l'aération du milieu, le niveau, la concentration en minéraux, l'éclairement, la densité cellulaire, etc) et éventuellement de récolter automatiquement les cellules pour obtenir une culture constamment en phase exponentielle de croissance.

Mainteneur(s) Participant(s)
Neodyme

La spiruline est une cyanobactérie autotrophe (une bactérie unicellulaire capable de réaliser la photosynthèse) du genre Arthrospira consommé comme complément alimentaire depuis des siècles. Déjà en 1513, les Conquistadores relataient que les Aztèques filtraient la spiruline issue du lac Texcoco et la consommait mélangée avec du maïs. A noter que la disparition des Aztèques n'est aucunement due à la toxicité de la spiruline ;-) 36 espèces de Spirulines sont en effet comestibles et sont même riches en protéines, vitamines, acides aminés essentiels, antoxidants et acides gras et pourraient avoir certaines propriétés thérappeuthiques (Belay, Ota, Miyakawa, & Shimamatsu, 1993 ; Estrada, Bescós, & del Fresno, 2001; ).
Quitte à lancer une culture d'algue, autant produire des algues "utiles" sur le plan nutritif, scientifique (possibilité d'obtenir facilement des mutants par mutagenèse aléatoire ou génie génétique (Fang, et al., 2013)) mais également comme biocarburant (la teneur en lipide de cet organisme en fait un candidat intéressant pour la production de Biodiesel (Nautiyal, Subramanian, & Dastidar, 2014) ). Cette algue est surtout facile a produire et ses conditions de cultures sont bien connues (Vonshak, Abeliovich, Boussiba, Arad, & Richmond, 1982; Maria Colla, Oliveira, & Carolin, 2007)

Principal

  • Fabriquer un Photobioréacteur
  • L'automatiser
  • Le valider (exactitude des mesures, absence de contamination, …)
  • Démarrer une culture de Spiruline
  • Mettre en place un système de récolte automatique
  • S'assurer que les algues sont en "bonne santé" (en comparant avec les données théorie issues de la littérature différents paramètres des algues ; taux de croissance ,matière sèche, teneur en phycocyanine, teneur en protéines, teneur en chlorophylle et caroténoïdes, …)

Secondaire

  • Rendre le système "énergétiquement autonome" (fonctionnement 100% à l'énergie solaire)
  • Produire du biocarburant
  • Effectuer de la mutagenèse aléatoire pour augmenter le rendement (l'objectif final étant de créer une nouvelle souche d'Arthrospira ; Arthrospira platensis LgHs)
  • Mettre en place un "robinet à spiruline" dans le HS pour donner force et vigueur à nos chers hackeurs
  • Produire du Maté saveur spiruline
  • Créer un algorithme capable de compter les cellules, reconnaître chaque cellule individuelle et de leurs donner un prénom (car une cellule possédant un prénom qui lui est propre et à laquelle on donne de l'amour ne peut être QUE plus productive)

Types de bioréacteurs envisageables:

Fermé Plan incliné ouvert
+ : Risque de contamination faible - : Risque de contamination élevé
+ : Faible évaporation du milieu - : Forte évaporation du milieu
- : Faible volume + : Volume élevé
- : Interface Air/Eau faible + : Grande interface Air/Eau
+ : Contrôle facile des paramètres de culture - : Contrôle moins facile
- : Exploitation de la lumière imparfaite ("profondeur" élevée) + : Meilleure utilisation de la lumière (faible "profondeur")

Obtention de la spiruline : Unité de recherche PhytsoSystem Uliège (ULG B22)
Contrôle qualité : un accès aux laboratoires de l'Université de Liège sera possible dans l'année académique 2018-2019. Il sera théoriquement possible d'utiliser les installation du B22 pour les tâches impossible a réaliser au Hackerspace (observation des cellules, dosages, congélation des souches, etc…)

A définir

Souche utilisée

L'absence de Spiruline disponible au laboratoire m'a contraint de me rabattre sur un souche d'euglène (Euglena gracilis) qui n'est pas une cyanobactérie mais qui est une micro algue tout aussi résistante et adaptée. Les algues ont initialement été déposées sur milieu TMP solide et placées quelques jours sous éclairage constant.

Milieu de culture

Tris Minimal Phosphate (TMP) pour 1L :
- 100ml Tris(24,4g/L)
- 50ml $A = 8g/L NH4Cl, 2g/L MgSO4.7H2O, 1g/L CaCl2.2H2O (Sueoka N., 1960)
- 1ml Oligos = 50g/L EDTA, 11,4g/L H3BO3, 22g/L ZnSO4.7H2O, 5,06g/L, MnCL2.4H2O, 4,9g/L FeSO4.7H2O, 1,61g/L, CoCl2.6H2O, 1,57g/L, CuSO4.5H2O, 1,1g/L (NH4)6Mo7O24.4H2O (Hutner et al., 1950)
- Tampon II (Pour 100ml : 9,35g K2HPO4 / 6,3g KH2PO4)
- 848ml H2O distillée
- pH = 7 (Acide chlorhydrique)
- Ajout éventuel de 0,1% d'éthanol absolu comme source de carbone organique

Système d'éclairage

  • LED blanche 20W
  • Radiateur de CPU
  • Alim DPH5005
  • Support/diffuseur imprimé en 3D avec du filament transparent

  • Théorie du projet terminée
  • Obtention de matériel pour démarrer une culture (milieu de culture, souches, verrerie, etc)
  • Prototype en cours de création

Belay, A., Ota, Y., Miyakawa, K., & Shimamatsu, H. (1993). Current knowledge on potential health benefits of Spirulina. Journal of Applied Phycology, 235-236.
Estrada, P., Bescós, B., & del Fresno, V. (2001). Antioxidant activity of different fractions of Spirulina platensis protean extract. Elsevier, 497-500.
Fang, M., Jin, L., Zhang, C., Tan, Y., Jiang, P., Ge, N., . . . Xing, X. (2013). Rapid Mutation of Spirulina platensis by a New Mutagenesis System of Atmospheric and Room Temperature Plasmas (ARTP) and Generation of a Mutant Library with Diverse Phenotypes. PLOS one, 1-12.
Maria Colla, L., Oliveira, C., & Carolin, R. (2007). Production of biomass and nutraceutical compounds by Spirulina platensis under different temperature and nitrogen regimes. Elsevier, 1489-1493.
Nautiyal, P., Subramanian, K., & Dastidar, M. (2014). Production and characterization of biodiesel from algae. Elsevier, 79-88. Vonshak, A., Abeliovich, A., Boussiba, S., Arad, S., & Richmond, A. (1982). Production of spirulina biomass: Effects of environmental factors and population density. Elsevier, 175-185.