Physiological analysis of hydrogen photoproduction in cyanobacteria and microalgae

1
ECCOREV - Axe 4 Ecotechnologies et
développement durable
Pression sur lenvironnement - émissions de
CO2 - pollutions chimiques - changements
climatiques
Activités humaines - production dénergie -
activités agricoles - activités industrielles
2
De la connaissance des mécanismes fondamentaux à
la mise au point de procédés innovants limitant
la pression sur lenvironnement

• Biologie et géosciences
• Photosynthèse
• Fermentation
• Biodiversité bactérienne, fongique
• Physico-chimie

Caractérisation des pollutions, effets sur les
écosystèmes

• Spéciation chimique, mécanismes de transfert
• Réponse et toxicité cellulaires
• Mécanismes moléculaires

, aux solutions pour agir

• Techniques innovantes de détection, de suivi et
  de remédiation des polluants
• Biosenseurs
• Bioremédiation, phytoremédiation
• Traitement des déchets

• Voies nouvelles de production dénergie
• - Biocarburants éthanol, biodiesel
• Hydrogène

3
Unités de recherche Thématiques de recherche Axe 4 A. Pollution/dépollution Taille
CEA Cadarache iBEB UMR 6191 Transporteurs de métaux, architecture racinaire Phytoremédiation Biosenseurs   17
IMEP   Bioindicateurs de pollution 10
CEREGE UMR 6635 CNRS - Université Paul Cézanne Piégeage des métaux par les matériaux Phytoremédiation Spéciation et biodisponibilité des métaux 8
LCE FRE 2704 Compostage, Traitements par Macrophytes, Procédé OHT Capteurs in-situ 8
UMR 6181, LMSNM-GP, Université Paul Cézanne Traitement des eaux Procédés membranaires 7
INERIS Essais daltération des déchets et des déchets valorisés Caractérisation physico-chimique des matériaux Modélisation du comportement à long terme Phytoremédiation 7
Total 57
4
Structuration régionale des recherches
Fédération de Recherche ECCOREV
CEA Cadarache
DSV/IBEB DEN/DTN
Arbois
CEREGE IMEP INERIS
Luminy
Universités CNRS, IRD
5
ECCOREV Axe 4 Ecotechnologies et
développement durableSous-axe 4A
Caractérisation, traitement et limitation des
pollutions

• Détection des polluants (bioindicateurs,
  biosenseurs, capteurs physiques et chimiques,
  procédés) UMR 6191 CEA, UMR 6116 IMEP, FRE2704
  LCE
• Réhabilitation de sites et sols contaminés UMR
  6191 CEA, CEREGE, INERIS, LCE FRE 2704
• Traitement des eaux et effluents pollués UR 6181
  LMSNM-GP
• Recyclage de déchets CEREGE, INERIS, FRE2704
  LCE

6
Foisonnement dapproches

• Milieux/Matériaux considérés
• Sol, eau, déchets solides et liquides, organiques
  et inorganiques
• Organismes étudiés
• Bactéries
• Plantes
• Champignons
• Polluants considérés
• ETM, certains radionucléides, nanoparticules
• Produits phytosanitaires, HAP
• (xénobiotiques émergents)
• ((pathogènes))
• Caractérisation des matériaux et de la
  contamination
• Approches microbiologiques, biochimiques et
  physico-chimiques
• Utilisation dun large panel dinstruments
• Développement de biomarqueurs et biosenseurs
• Développement en métrologie (méthodes chimiques
  analytiques, appareillage)

7
Foisonnement dapproches

• Remédiation
• Compréhension des mécanismes aux niveaux
  moléculaire, cellulaire, organe et organisme
• Approches majoritairement  bio , en
  bioréacteurs / pilote et jusquaux applications
• Valorisation des déchets
• Souvent pas très éloignée de la remédiation.ni
  des bioénergies
• Très forte liaison avec les industriels
• Caractérisation des matériaux, pilotes

8

• Autres remarques
• Nombreux brevets aussi bien dans le fondamental
  que dans lappliqué -gt thématique très
   réactive  et soumise à des évolutions rapides
• Coexistence dapproches naturalistes et
  ingénieuriales
• Frontière tenue entre létude des situations
  naturelles et les situations contaminées les
  mécanismes fondamentaux sont les mêmes et étudiés
  de la même manière on part des mécanismes
  naturels et on les  détourne 

9
Identification des  accroches  et des
collaborations possibles - limitations

• Découplage physico-chimie et microbiologie et
  manque de connaissance réciproque
• -gt trouver les liens ou poser les questions, par
  ex
• - caractérisation des phases minérales dans les
  expériences microbio
• - utilisation des biosenseurs et les
  biomarqueurs dans les caractérisations des
  matériaux, des contaminations et de validation
  des techniques de remédiation
• - existence de méthodes analytiques, demande de
  développements méthodologiques pour les
  biologistes
• ? Faire une  enquête  pour identifier les
  verrous dans les domaines respectifs et
  identifier où se trouvent les compétences
• Programmer des petites réunions thématiques avec
  si nécessaire synthèse biblio sur le problème
  identifié et apport possible des équipes
• Base pour des réponses à appel doffre

10

• 2. Besoin clairement affiché de relais avec les
  SHS
• en particulier sur les aspects
• - législatifs (normalisation, acceptation par
  les décideurs)
• - économiques (évaluation du coup des
  techniques développées et de leur insertion dans
  le panel des technologies existantes)
• - sociaux (perception et acceptation par le
  public des approches et techniques de remédiation
  développées)
• - gestion des situations de crise dans les cas
  de contamination
• - communication avec la population.

11

• Approches à des échelles différenteset selon la
  discipline
• ex microbiologie reste niveau cellulaire
• Changements déchelle pas toujours faits
• - ex phytoremédiation

12
Site atelier ou atelier tout court?

• 3. Mise en application des synergies possibles
  sur des problématiques-atelier
• 2 options
• Basée sur une approche ciblée sur un matériau
  potentiellement valorisable et/ou toxique
• Ex effluents vinicoles ou oléicoles, avec
• Caractérisations physico-chimiques du matériau
• Caractérisations du point de vue de sa toxicité
  (évaluation parallèle chimique et microbio)
• Evaluation des filières de traitement éventuels
• Evaluation des valorisation possibles et
  vérification de la non-toxicité du nouveau
  matériau
• Evaluation de son coût économique et son coût
  écologique
• Basée sur une filière de traitement complexe de
  type phytoremédiation
• Intégration en plus des aspects de manipulation
  du génome
• Intégration dune option valorisation de la
  biomasse, en relation avec laxe 4B

13
3.  Valorisation  du site de Gardanne Un
exemple Suivi de lévolution de limplantation
de la végétation sauvage pour en tirer des
enseignements sur les possibilités de résilience
du système ( phytostabilisation
intrinsèque ) C-à-d - identification des
végétaux sinstallant sur la friche
industrielle - caractérisation des milieux
colonisés dun point de vue microbiologique et
chimique (et des autres) - mise en évidence des
mécanismes de tolérance chez les plantes et les
microorganismes - développement et mise en
place de techniques permettant de stimuler et
accélérer la réactivation - vérification des
changements détat du milieu - Evaluation du
risque sanitaire lié au maintien du site en état
et de limpact de lapproche choisie sur ce
risque - Evaluation de la perception de
lapproche reverdissement en ville comme
alternative à une remédiation de type décapage
14
Equipement

• Existence de plusieurs plateformes analytiques
  performantes et plateformes expérimentales
• Nécessité de coupler les aspects organiques et
  inorganiques et en particulier de mieux
  caractériser les liaisons organo-métalliques
• Besoin dun MEB micro analyse et platine cryo
  pour lobservation et lanalyse de matériel
  végétal

15
Unités de recherche Thématiques de recherche Axe 4 B. Bioénergies Taille
IRD/Université de Provence/Université de la Méditerranée UMR 180 MicroBiotech Exploration de la biodiversité bactérienne en milieu extrême Ecologie microbienne génomique et métagénomique des environnements extrêmes. 23
INRA/Universités de Provence et de la Méditerranée UMR 1163 Exploration à haut débit de la biodiversité fongique Modelage des génomes fongiques Ingénierie enzymatique Etude de lévolution des génomes fongiques. 16
CEA Cadarache DSV iBEB UMR 6191 Bases moléculaires de la production de biomasse végétale Production dhydrogène et de biocarburants par des microorganismes photosynthétiques et des plantes 20
CEA Cadarache DEN DTN/STPA/LPC Gazéification haute température de la biomasse pour la production de biocarburant de synthèse et/ou dhydrogène 5
UMR 6181 LMSNM-GP, Université Paul Cézanne Production de biocarburant à partir de graines doléagineux Extraction par CO2 supercritique 5
CEREGE OHP Production physico-chimique dhydrogène 5
Total 74
16
Les thématiques de recherche

• Production de biocarburants de 2ème et 3ème
  génération
• Production dhydrogène
• - microorganismes photosynthétiques
  (microalgues, cyanobactéries)
• - gazéification haute température de la biomasse
  (bois, résidus de récolte, déchets,)
• - procédé physico-chimique (oxydation du Fe)
• Production déthanol par fermentation de la
  biomasse ligno-cellulosique.
• Production de biodiesel par des microorganismes
  photosynthétiques

17
Les recherches sur les Bioénergies en région
Fédération de Recherche ECCOREV
CEA Cadarache
DSV/IBEB DEN/DTN
UIII Arbois
CNRS Marseille IBSM
Luminy
UMR INRA IRD Université
Luminy
18
En France, les transports représentent plus de
40 des émissions de CO2
19
Les biocarburants de 1ère génération les limites

• Rendement énergétique faible
• Coût environnemental élevé
• Compétition avec la production alimentaire
• Compétition avec les ressources en eau
• Bilan positif sur leffet de serre remis en
  question (N2O)

20
Les biocarburants de 2ème et 3ème générations
Un enjeu pour la recherche et pour la société
hydrogène
hydrogène
biodiésel
Micro-organismes photosynthétiques
21

• Les objectifs
• Meilleure visibilité (université, décideurs,
  pôles de compétitivité, partenaires industriels)
• Evaluer et comparer les filières (bilans
  énergétiques, bilans économiques, écobilans)
• Proposer des solutions intégrées
  (bioraffinerie) gestion de la biomasse
• couplages entre filières valorisation des
  déchets
• Envisager des scénarios et évaluer leurs impacts
  socio-économiques

22

• Les outils de travail
• Créer et animer un site web interactif
• Proposer une offre de formation intégrée
  (Masters, thèses)
• Créer et animer un groupe de travail
  multidisciplinaire (biologistes,
  physico-chimistes, technologues, économistes,
  sociologues,)
• Envisager (2009) un projet ANR mené par un
  économiste (à identifier)