Thèse réalisée en cotutelle entre l’Université de Reims Champagne Ardenne et l’Université de Mons
Promoteurs:
Prof. Jean-Hugues Renault (URCA)
Prof. Pascal Gerbaux (UMONS)

Résumé de la dissertation
Les microalgues constituent un large groupe diversifié d’organismes vivants microscopiques aquatiques photosynthétiques. Ces organismes sont reconnus pour produire de nombreux composés commercialement intéressants comme des lipides, des polysaccharides ainsi que divers autres composés à haute valeur ajoutée. Les microalgues sont essentiellement valorisées de nos jours comme source de biocarburant de 3ème génération, la 1ère et la 2ème génération étant issues respectivement d’huiles alimentaires (colza, maïs…) et de ressources lignocellulosiques. Ces deux premières sources entrent directement en compétition avec les productions agricoles dévolues à l’alimentation humaine et animale. Cette 3ème génération permet principalement de produire du biodiesel et du bioéthanol à partir de microalgues par diverses étapes (culture, récolte, extraction des composés d’intérêts…). Ces étapes étant encore non optimisées ne permettent pas actuellement d’atteindre une production économiquement viable et compétitive par rapport aux carburants issus des ressources fossiles non renouvelables. Une voie très prometteuse de valorisation de la biomasse microalgale concerne l’utilisation des fractions lipidique et polysaccharidique pour produire des synthons biosourcés à même d’être incorporés dans la production de matériaux à relativement haute valeur ajoutée, tels que les bioplastiques par exemple.
Toute stratégie de valorisation des molécules de cette biomasse ne pourra clairement se construire que sur base de la connaissance approfondie de la structure chimique des molécules présentes dans ces microalgues. Ces travaux de profilage chimique sont rendus très compliqués par la diversité moléculaire, mais aussi par la nature même des microalgues qui, possédant des membranes cellulaires, doivent subir des étapes de broyage et d’extraction successives. En particulier, l’impact du broyage des parois cellulaires sur la nature des molécules représente un aspect très important dès lors que ce broyage est de nature à libérer des enzymes susceptibles de modifier les molécules présentes initialement. À titre d’exemple, la valorisation des microalgues dans le domaine de l’énergie et plus particulièrement des biocarburants intègre le broyage afin d’extraire plus de composés d’intérêts. Il est connu que les lipides sont alors dégradés par des réactions d’hydrolyse enzymatique en acide gras qui sont de toute façon les molécules visées pour la production de biocarburants. Par contre, si l’intégrité structurale des métabolites de la biomasse doit être conservée lors de l’extraction, il est très important d’en connaître l’impact. Par ailleurs, bien que le profil chimique global de la biomasse microalgale soit relativement connu en matière de proportions massiques en lipides, polysaccharides et protéines, peu de données complètes sur la composition chimique des métabolites présents ne sont à l’heure actuelle disponibles.
Dans cette thèse, nous nous sommes particulièrement intéressés à une des microalgues les plus étudiées actuellement, Microchloropsis gaditana. Cette espèce est connue pour produire un haut taux de lipides qui sont valorisés dans le domaine des bioénergies.
Les travaux de thèse se sont divisés en deux grandes parties en fonction de la nature des extraits générés et de la technique spectroscopique utilisée.
La première partie correspond aux extraits apolaires et à la spectrométrie de masse. L’extraction classiquement utilisée (Bligh and Dyer : mélange chloroforme, méthanol et eau) est comparée à une extraction à l’n-heptane grâce à la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse. La comparaison d’extraits de cellules intactes et broyées a également été réalisée pendant cette étude. Nous avons également introduit la dimension « chimie verte » à nos travaux grâce à des essais d’extraction à l’aide d’un solvant biosourcé, à savoir le 2-méthyltétrahydrofurane qui est obtenu à partir de biomasse lignocellulosique.
La seconde partie de la thèse correspond à l’analyse des extraits moyennement polaires (méthanol) et polaires (mélange méthanol et eau). Pour ce faire, le profilage chimique par résonance magnétique nucléaire a été réalisé sur des extraits ayant subi des étapes de fractionnement via la technique de chromatographie de partage centrifuge (CPC). La méthodologie CARAMEL (CARActérisation en MELange) a été mise à contribution afin de dérépliquer les fractions générées et accélérer l’analyse du profil chimique.
L’un des résultats les plus significatifs de cette thèse est que l’association de deux techniques d’analyse différentes mais complémentaires a permis d’identifier la grande majorité des composés produits par Microchloropsis gaditana. Cette thèse qui propose l’une des toutes premières descriptions des métabolites présents dans la biomasse microalgale fournit en outre un parfait exemple de la complémentarité entre les deux techniques d’analyse structurale les plus poussées de notre époque, la spectrométrie de masse et la résonance magnétique nucléaire.