Les microalgues forment un groupe varié de microorganismes océaniques ou d’eau douce. Il s’agit d’organismes microscopiques unicellulaires ou pluricellulaires, eucaryotes ou procaryotes. De part de leur diversité biologique, métabolique et reproductive, les microalgues offrent une série d’opportunités pour isoler des substances naturelles qui pourraient être originales pour l’alimentation, la santé ou des applications biotechnologiques.Dans ce contexte, les microalgues représentent un terrain original d’investigation pour la recherche et la découverte de biomolécules antiprolifératives et/ou anticancéreuses. Nos travaux ont ainsi eu pour objectif d’extraire et de purifier des molécules bioactives à partir de l’espèce microalgue N. gaditana qui pourraient agir sur le cytosquelette de cellules mammifères et plus particulièrement sur le réseau de microtubules.Notre démarche associant les procédés de chimie analytique et screening biologique a permis d’extraire et d’identifier trois familles de substances bioactives : des lipides (Triglycérides et Acides gras), des phtalates et des pigments. Les lipides et les pigments sont connus pour leur présence dans les microalgues, en revanche, cette étude est la première à mettre en évidence la présence de phtalates dans des microalgues notamment dans N. gaditana.Dans la suite des travaux, nous avons étudié l’effet d’un type de phtalate (Benzyl butyl phtalate : BBP) sur le réseau de microtubules de cellules HeLa. Ce composé s’est avéré provoquer une altération de microtubules avec un effet plus importante en présence de lipide (Acide linoléique) qui s’accompagne par la formation de gouttelettes lipidiques. Nous nous somme de même intéressé à l’impact d’un pigment (Phéophorbide A) sur la morphologie de cellules et sur le réseau de microtubules. Cette molécule semble avoir un effet direct ou indirect sur la polymérisation de la tubuline.Dans ce travail, nous avons enfin utilisé un procédé biotechnologique pour solubiliser le BBP ou le phéophorbide A qui sont très hydrophobes dans l’eau à l’aide d’un polymère pMeOx-p(THF)-pMeOx. Les résultats montrent un gain d’efficacité qui permet de réduire de manière significative les concentrations bioactives du BBP et du phéophorbide A.L’ensemble des résultats montrent que l’espèce N. gaditana contient des molécules bioactive d’intérêt pour lutter contre la division cellulaire et qui pourraient se révéler être des candidats médicament pour lutter contre le cancer. / Microalgae form a group of diverse oceanic or clean water microorganisms. They are unicellular or multicellular, eukaryotic or prokaryotic microscopic organisms. Thanks to their diversity and speed reproduction, microalgae represent an untapped source that offers great opportunities for the isolation of original natural molécules with putative interest for food, health or biotechnological applications.In the recent years, microalgae have been the subject of intensive investigation notably for the discovery of anti-proliferative and candidate anticancer biomolecules. In this context, the present work aimed to extracting and purifying bioactive molecules from the microalgae N. gaditana acting on the cytoskeleton and more particularly on the microtubule network.A combined approach based on analytical chemistry and biological screening led us to extract and identify three families of substances: lipids (Triglycerides and fatty acids), pigments and phthalates. The first two families are known for their presence in microalgae. However, this study is the first one to show the presence of phthalates in microalgae, particularly in the N. gaditana specie.We then investigated the effect of a pure phthalate (Benzyl butyl phthalate: BBP) on the microtubules network of HeLa cells. This compound revealed to induce alterations of microtubules and that this effect became more important in the presence fatty acid (linoleic acid). This effect was associated with an induction of formation of lipid droplets. We also invastigated the impact of a type of pigment, Pheophorbide A, on cell morphology and on the microtubule network. This molecule appeared to have a direct or indirct effect on the polymerization of tubulin.Finally, we evaluated the interest of a biotechnological process based on the solubilization of hydrophobic phthalate and pheophorbide A in water using a synthetic triblock molecules studied in water by a synthetic triblock pMeOx-p(THF)-pMeOx polymer. This process revealed a significant gain of activity of these two molecules.Altogether, our results show that N. gaditana contains active biomolecules with putative interest to block cell division. They may be in the future a candidate molecules notably to fight cancer.

L’huître creuse Crassostrea gigas, est considérée depuis les années 90 comme une espèce invasive à cause de son impact sur l’environnement. Cependant, suite aux surmortalités qui touchent les huîtres en élevage depuis l’été 2008, les huîtres sauvages sont considérées comme une réelle ressource. Cela nécessite la production de cartes pour localiser et quantifier les gisements naturels. L’objectif de ce travail est d’étudier la capacité de la télédétection visible et proche infrarouge pour identifier les récifs d’huîtres à différentes résolutions spectrales, spatiales et temporelles. Les premières cartographies à l’échelle d’un bassin ostréicole ont montré l’importance des données hyperspectrales, pour distinguer les types de récifs. Les spectres de réflectance ont révélé l’existence inattendue de bandes d’absorptions chlorophylliennes, suggérant la présence d’un biofilm de microalgues sur les coquilles, jusqu’alors invisible à l’oeil nu. L’étude s’est poursuivie à micro-échelle en scannant des coquilles d’huîtres avec une caméra HySpex en laboratoire. L’analyse des pics de dérivés secondes à 462, 524, 571 et 647 nm a révélé la présence de diatomées, cyanobactéries, rhodophycées et chlorophycées. En parallèle, des analyses pigmentaires par chromatographie (CLHP) et des observations microscopiques ont confirmé la présence de ces microalgues epilithes et endolithes. Enfin, malgré la résolution hyperspectrale, les récifs restent difficiles à identifier dans les zones de vasières où la vase et le microphytobenthos recouvrent les coquilles. Cette difficulté peut être surmontée en couplant les données optiques avec les données radar, sensibles à la rugosité de surface. / Since the 90’s, the Pacific oyster Crassostrea gigas, is considered as an invasive species because of their negative environmental impacts. However, oyster producers are reconsidering wild oyster populations as a resource due to recent high mortalities affecting cultivated oysters since the summer 2008. The social conflicts existing around natural oyster beds require spatial distribution maps for management purposes. The objective of this work is to evaluate the ability of visible and near infrared remote sensing to identify wild oyster reefs using various spectral, spatial and temporal resolutions. Firstly, maps obtained with an airborne campaign at a shellfish ecosystem scale, showed the importance of hyperspectral data, to identify oysters according to the reef structure. Spectral reflectance shapes surprisingly revealed the existence of chlorophyll absorption bands, suggesting the presence of a visually invisible microalgal biofilm colonizing the shell surface. At microscale, oyster shells were imaged using a hyperspectral HySpex camera in the laboratory with a sub-millimeter spatial resolution. The second derivative peaks at 462, 524, 571 and 647 nm were related to the presence of diatoms, cyanobacteria, rhodophytes and chlorophytes. Further pigment analysis by high performance liquid chromatography (HPLC) and microscopic observations confirmed the presence of these epilithic and endolithic biofilms. Finally, despite the high hyperspectral resolution, misclassification of oyster reefs occurred in muddy areas due to spectral mixing with mud and microphytobenthos. This could be overcome by combining optical data with radar images, sensitive to the surface roughness.

Ce travail est développé dans un contexte de bioraffinage de produits issus de microalgues. L’objectif principal était d’étudier la filtration membranaire de lipides produits par des microalgues ainsi que de comprendre les phénomènes physicochimiques pouvant avoir lieu à l’interface liquide-liquide lors de la séparation. Pour cela, trois axes de recherche ont été suivis. Initialement, sur la base de la caractérisation d’un broyat réel de la microalgue P. kessleri, cultivée en conditions de carence en azote, un mélange synthétique constitué d’une émulsion d’huile dans l’eau a été préparé. Une composition spécifique a été définie et un protocole d’émulsification a été établi. Deuxièmement, le comportement des surfactants de l’émulsion à l’interface huile/eau et air/eau a été évalué par la méthode de la goutte pendante et de la balance de Langmuir. La tension interfaciale à l’équilibre, la dynamique d’adsorption (interface huile/eau) et les isothermes de compression (interface air/eau) ont été ainsi déterminées. Finalement, afin d’évaluer la séparation des lipides de l’émulsion par des procédés membranaires, les performances de plusieurs membranes hydrophobes et hydrophiles (polyéthersulfone, polyfluorure de vinylidène, polyacrylonitrile) de micro et ultrafiltration ont été examinées pour la concentration des lipides de l’émulsion préparée. En complément, afin de fournir des éléments permettant d’évaluer le lien entre les propriétés de l’interface huile/eau et les performances de la filtration, l’évolution de la taille de gouttelettes et l’apparition du phénomène de coalescence et de colmatage au cours de la filtration, ont été analysés. / This work is developed within the framework of microalgae biorefinery. The main objective was to study the membrane separation of lipids produced by microalgae and to understand the physicochemical phenomena that can occur at the liquid-liquid interface during separation. To this purpose, three main axis of research were followed. Initially, based on the characterization of a real suspension of ground P. kessleri microalgae, growth under starving nitrogen conditions, a synthetic mixture, consisting of an oil-in-water emulsion, was prepared. A specific composition was formulated and an emulsification protocol was established. Then, the behavior of the surfactants of the emulsion at the oil/water and air/water interface was evaluated using the pendant drop and Langmuir trough methods. The interfacial tension at equilibrium, the adsorption dynamics (oil/water interface) and the pressure isotherms (air/water interface) were determined. Finally, in order to evaluate the separation of the lipids from the emulsion by membrane processes, the performances of several hydrophobic and hydrophilic micro and ultrafiltration membranes (polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile) were assessed for a lipid concentration equivalent to the prepared emulsion. In addition, in order to provide elements allowing to evaluate the link between the properties of the oil / water interface and the filtration performances, the evolution of droplet size and the arising of the coalescence phenomenon and clogging during filtration, were analyzed.

Les écosystèmes marins arctiques sont alimentés à la base de la chaîne trophique par la production de biomasse algale. Alors que l’on croyait la croissance du phytoplancton (algues unicellulaires en suspension dans l’eau de mer) largement limitée à la saison durant laquelle l’océan Arctique est le plus dépourvu de glace de mer, on a découvert que des développements massifs de phytoplancton se produisaient sous la banquise arctique dès le printemps. Il n’est actuellement pas possible de déterminer l’étendue du phénomène et sa contribution, peut-être majeure, à la production primaire marine annuelle, car on connaît peu les mécanismes qui contrôlent la dynamique des floraisons de phytoplancton sous la banquise. Les observations in situ suggèrent que les floraisons sous banquise sont largement conditionnées par l’accès à la lumière visible dans la colonne d’eau. Que savons nous de cette lumière? Nous savons qu’elle est contrainte par les éléments qui se trouvent à la surface de l’océan Arctique (la présence et l’état de la glace de mer), ainsi que par l’atmosphère (en particulier, par les nuages). Mais comment analyser à la fois l’influence de la surface de l’océan et de l’atmosphère qui varient énormément avec le temps et l’espace, sur la lumière disponible pour la production primaire? La télédétection par satellite est un outil puissant pour suivre et étudier les propriétés du système Arctique à différentes échelles spatio-temporelles. Cet outil, combiné dans différents modèles, est utilisé pour déterminer le rôle que jouent les composantes de l’environnement dans les fluctuations de la lumière sous-marine. Ainsi, le premier chapitre de cette thèse porte sur la transmittance de la lumière par l’atmosphère à l’échelle pan-Arctique et on y évalue la tendance multiannuelle entre 2000 et 2016. On trouve que l’atmosphère devient moins transparente d’environ 2% par décennie. Ensuite, au deuxième chapitre, on développe une méthode satellitaire pour quantifier la perte de photons par réflexion dans la glace de mer. La méthode est évaluée par les données de terrain collectées en marge de la baie de Baffin aux printemps 2015 et 2016 pendant la campagne Green Edge. Finalement, au troisième chapitre, on utilise un modèle de propagation de la lumière dans l’atmosphère, qui, combiné au modèle développé au chapitre deux, permet d’évaluer la lumière potentiellement disponible pour la production primaire, à haute résolution temporelle tout au long de la saison de croissance. Ce modèle est appliqué localement, toujours en marge de la baie de Baffin, mais la méthode est développée pour investiguer le régime lumineux sous la banquise n’importe où en Arctique. Cette thèse contribue à l’avancement des connaissances sur la lumière servant à la production primaire et à sa propagation dans le système atmosphère-glace-océan. / Arctic marine ecosystems are fueled by the production of algal biomass. While the growth of phytoplankton (single-cell algae suspended in seawater) was believed to be largely limited to the season during which the Arctic Ocean is mostly free of ice, massive phytoplankton blooms have recently been discovered under Arctic sea ice during spring. It is currently not possible to determine the extent of this phenomenon and its contribution, perhaps major, to annual primary production, because little is known about the mechanisms that control the dynamics of phytoplankton blooms under sea ice. Recent in situ observations conducted to understand this phenomenon suggest that the under-ice phytoplankton blooms are largely conditioned by access to visible sunlight in the water column. This light is constrained by the elements which are on the surface of the Arctic Ocean, in particular the presence and the state of the sea ice which vary enormously with time and space. Likewise, in the atmosphere, the omnipresence of clouds in the Arctic strongly constrains light. How can we analyze both the influence of the surface and the atmosphere on the light available for phytoplankton under sea ice? Satellite remote sensing is a powerful tool for monitoring and studying the properties of the Arctic system at different space-time scales. This tool, combined with different models, is used to determine the role that these different components of the environment play in the fluctuations of underwater light. The first chapter of the thesis deals with the transmittance of light by the atmosphere for which we assess the multi-annual trend between 2000 and 2016 at the pan-Arctic scale. We find that the atmosphere becomes less transparent at a rate of 2% per decade. Then, in chapter two, we develop a satellite remote sensing method to quantify the loss of reflected light in sea ice. This method is validated by field data collected during the Green Edge campaign on the West coast of Baffin Bay during the springs of 2015 and 2016. Finally, in chapter three, we use a model to propagate light in the atmosphere, and, combining it with the model developed in the previous chapter, we assess the potential light for phytoplankton at high temporal resolution throughout the growing season. This model is applied locally, still at a coastal Baffin Bay location (Green Edge campaign), but the method was developed to investigate the light regime under the pack ice anywhere in the Arctic. This thesis contributes to our knowledge on the propagation of light available for photosynthesis in the atmosphere-ice-ocean system and thus helps to better understand the impact of climate change on the Arctic marine ecosystem.

Ce projet s’insère dans la tendance qui veut souligner la pertinence des microalgues parmi les solutions prometteuses au niveau environnemental et économique pour la fabrication de biocarburants. Cette recherche souhaite répondre à la demande de l’industrie qui est toujours à la recherche de méthodes de traitement des eaux usées peu coûteuses. La faisabilité d’utiliser des eaux usées industrielles très contaminées en composés aromatiques divers comme substrat de culture a été évaluée avec des espèces de microalgues vertes d’eau douce. Afin de jauger la faisabilité, le projet a été divisé en plusieurs sous-objectifs qui ont permis de sélectionner une souche de microalgues prometteuse et d’estimer la toxicité du phénol présent dans l’eau sur les microorganismes. Après avoir sélectionné la souche la plus résistante à l’eau usée, soit Chlorella vulgaris (souche CPCC90), des essais de croissance dans différentes conditions ont été réalisés afin de pouvoir caractériser cette souche. Les conditions idéales de croissance pour CPCC90 sont à 20 °C et elle peut survivre jusqu’à des concentrations de 50 % d’eau usée dans le milieu. L’eau usée a toutefois un effet toxique important limitant l’utilisation dans le milieu à 30 % pour l’obtention de croissances comparables à ce qui est rapporté dans la littérature dans des conditions similaires. Dans ces conditions et avec un éclairage important, une concentration de biomasse de 0,84 g/L a pu être obtenu. Les souches de Chlorella testées ont présenté un potentiel de croissance prometteur dans ces eaux, mais la toxicité de ces dernières sur les microorganismes a grandement limité leur potentiel d’utilisation. Afin que l’eau usée puisse être utilisée comme substrat de culture, il faudrait veiller à réduire sa toxicité par un traitement préalable ou de travailler avec des microorganismes adaptés à ces types de contaminants. De plus, il serait essentiel de complémenter le milieu avec des sources de phosphore et d’azote à faibles coûts. Cette recherche vient complémenter la littérature sur l’utilisation de l’espèce Chlorella en eaux usées pour la production de biocarburants de 3e génération.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Biophysiologie des organismes et des populations : Le Mans : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 221-235.

La région maritime du Nunavik, composé de l’est de la baie d’Hudson, du détroit d’Hudson et de la baie d’Ungava, est d’une importance capitale pour les populations Inuit qui y vivent grâce à son apport substantiel en nourriture et matériaux, en plus de permettre un passage des traditions et une cohésion sociale dans la communauté. Les Inuit consomment surtout du poisson et des mammifères marins comme le phoque et le béluga, des espèces particulièrement riches en composés essentiels comme les acides gras polyinsaturés et les pigments caroténoïdes, qui sont synthétisés par les microalgues à la base de la chaîne alimentaire marine. Cependant, les qualités nutritives de ces organismes sont susceptibles d’être altérées par la transformation rapide de l’environnement arctique. Ce projet avait pour but d’évaluer l’influence des paramètres physico-chimiques de l’eau sur la composition taxonomique et les qualités nutritives des microalgues marines au Nunavik pendant l’été en 2017 et en 2018. Les résultats ont révélé de forts contrastes entre les régions maritimes quant aux paramètres physico-chimiques; les eaux de la Baie d’Hudson était relativement chaudes, peu salées et peu alcalines, alors que celles du détroit d’Hudson et la baie d’Ungava étaient plutôt froides, salées et alcalines par comparaison. La composition taxonomique des communautés était très différente entre les deux années, avec une dominance de diatomées en 2017 et une transition vers une communauté comportant une proportion accrue de flagellés en 2018. Les contenus en pigments caroténoïdes étaient influencés négativement par la température, le pH ainsi que la contribution des flagellés à la communauté, mais étaient positivement influencés par la salinité et la contribution des diatomées. Le contenu en acide eicosapentaénoïque (EPA),un acide gras essentiel, était plutôt corrélé positivement à la salinité, au pH et à la contribution des diatomées, mais négativement à la température et à la contribution des flagellés. La température, la salinité et le pH ont aussi montré de fortes corrélations avec les proportions de diatomées et de flagellés, mettant en évidence une juxtaposition d’effets directs (via une réponse physiologique des microalgues) et indirects (liés à la composition des communautés) de l’environnement changeant de l’Arctique sur les propriétés nutritives des microalgues marines

Le biodiesel, considéré comme une solution pour remplacer le pétrodiesel est un sujet de recherche mondial. Un des principaux problèmes associés au développement industriel du biodiesel est la source de matière première ainsi que le procédé de transformation. Ainsi, la présente étude a pour but de trouver une source de matière première durable pour la production industrielle de biodiesel et de déterminer le procédé de transformation de la matière première, le plus approprié, ainsi que les meilleures conditions opératoires. Durant la première étape de ce projet, une source de matière première durable a été sélectionnée : les microalgues. Le procédé de transformation étudié est la transestérification enzymatique. L’huile d’olive, huile ayant une composition en acides gras similaires à celle de l’huile de la microalgue Chlorella protothecoides, a été choisie pour effectuer les réactions. Pendant la deuxième étape, le procédé de standardisation de la réaction (bioréacteur de 5 mL) consistait à faire varier : le type de catalyseur (lipases de Candida antarctica (Novozym® 435) et de Thermomyces lanuginosus (TL I150)), la concentration du catalyseur (7 à 14 % m/mhuile), la température de réaction (25 à 50 °C) et le ratio molaire alcool:huile (3:1 à 4:1) ; la vitesse d’agitation étant de 150 rpm pour toutes les réactions. Des techniques d’optimisation telle que la preincubation de l’enzyme ont été également essayées. Le rendement en esters alkyliques de la réaction de transestérification enzymatique de l’huile en fonction du temps est la variable de contrôle pour toutes les réactions. La standardisation des variables du procédé a été faite en fonction de la réduction du temps de réaction et du rendement en esters alkyliques. Un rendement élevé en esters alkyliques de 92 % (m/m) a été obtenu sous les conditions opératoires suivantes : une concentration de catalyseur (TL I150) de 7 % (m/mhuile), une température de réaction de 25 °C, un ratio molaire alcool:huile de 3:1 et un temps de réaction de 4 h ; la lipase a été preincubée pendant 6 h avant la réaction de transestérification. Le temps de réaction, un des paramètres importants lors du procédé de standardisation des variables, a été réduit de 24 à 4 h. Un autre paramètre significatif de la réaction est la température : une température de 25 °C a été utilisée; cette température de réaction est faible et rend le procédé au niveau industriel plus attrayant.

Thèse de doctorat : Génie des procédés : Ecole centrale de Paris : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 180 réf.

Le biodiesel, consid??r?? comme une solution pour remplacer le p??trodiesel est un sujet de recherche mondial. Un des principaux probl??mes associ??s au d??veloppement industriel du biodiesel est la source de mati??re premi??re ainsi que le proc??d?? de transformation. Ainsi, la pr??sente ??tude a pour but de trouver une source de mati??re premi??re durable pour la production industrielle de biodiesel et de d??terminer le proc??d?? de transformation de la mati??re premi??re, le plus appropri??, ainsi que les meilleures conditions op??ratoires. Durant la premi??re ??tape de ce projet, une source de mati??re premi??re durable a ??t?? s??lectionn??e : les microalgues. Le proc??d?? de transformation ??tudi?? est la transest??rification enzymatique. L???huile d???olive, huile ayant une composition en acides gras similaires ?? celle de l???huile de la microalgue Chlorella protothecoides, a ??t?? choisie pour effectuer les r??actions. Pendant la deuxi??me ??tape, le proc??d?? de standardisation de la r??action (bior??acteur de 5 mL) consistait ?? faire varier : le type de catalyseur (lipases de Candida antarctica (Novozym?? 435) et de Thermomyces lanuginosus (TL I150)), la concentration du catalyseur (7 ?? 14 % m/mhuile), la temp??rature de r??action (25 ?? 50 ??C) et le ratio molaire alcool:huile (3:1 ?? 4:1) ; la vitesse d???agitation ??tant de 150 rpm pour toutes les r??actions. Des techniques d???optimisation telle que la preincubation de l???enzyme ont ??t?? ??galement essay??es. Le rendement en esters alkyliques de la r??action de transest??rification enzymatique de l???huile en fonction du temps est la variable de contr??le pour toutes les r??actions. La standardisation des variables du proc??d?? a ??t?? faite en fonction de la r??duction du temps de r??action et du rendement en esters alkyliques. Un rendement ??lev?? en esters alkyliques de 92 % (m/m) a ??t?? obtenu sous les conditions op??ratoires suivantes : une concentration de catalyseur (TL I150) de 7 % (m/mhuile), une temp??rature de r??action de 25 ??C, un ratio molaire alcool:huile de 3:1 et un temps de r??action de 4 h ; la lipase a ??t?? preincub??e pendant 6 h avant la r??action de transest??rification. Le temps de r??action, un des param??tres importants lors du proc??d?? de standardisation des variables, a ??t?? r??duit de 24 ?? 4 h. Un autre param??tre significatif de la r??action est la temp??rature : une temp??rature de 25 ??C a ??t?? utilis??e; cette temp??rature de r??action est faible et rend le proc??d?? au niveau industriel plus attrayant.