elevage d’isochrysis galbana et...
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INSTITUT HALIEUTIQUE ET DES SCIENCES MARINES
UNIVERSITE DE TOLIARA
ELEVAGE
D’ISOCHRYSIS
GALBANA ET T-ISO
Présenté par
FITAHIA Edda Miray
RADJADIARISON Tefinandrasana Andry Adrienne
ANDRIANANTENAINA Roger Benjamin
MARITSAINA Jaonarivo
RANVONJISON Andry Tahina Ulrich
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INTRODUCTION
Les microalgues unicellulaires marines sont cultivées en écloserie pour servir de
nourriture aux coquillages d'intérêt commercial à différents stades de développement.
Jusqu'à récemment, ces algues ont constitué la seule source de nourriture pour les larves
et les juvéniles des bivalves. Mais cette situation évolue, avec la mise au point, grâce
aux recherches récentes, d'un aliment de substitution adéquate. Cependant, la production
des algues vivantes restera encore une composante très importante dans le bon
fonctionnement d'une écloserie.
Constituants la base de la chaine trophique marine, les micro-algues constituent
également un élément incontournable en aquaculture. Avec les mêmes propriétés qui
leurs sont propres telle que la production des substances organiques nécessaires aux
cellules à partir du dioxyde de carbone et des sels nutritifs disponibles dans l'eau de mer
en utilisant la lumière comme source d'énergie selon un processus appelé
photosynthèse. Elles constituent une alimentation de base dans ce domaine.
En effet, la microalgue Isochrysis galbana fit l’objet de notre étude, celle-ci sera
traitée selon plusieurs angles à savoir : la biologie de l’espèce, son écologie, les
techniques de production qui lui sont associées en aquaculture et ses formes de
valorisation et les intérêts qu’elle procure. Dans un dernier temps, nous essayerons
d’apporter des conclusions suivies de quelques recommandations.
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I. GENERALITES
1.1. TAXONOMIE
D’après www.Isochrysis galbana.htm, la classification de l’Isochrysis se déroule
comme suit :
Règne : Chromista
Embranchement : Haptophyta
Classe : Prymnesiophyceae
Ordre : Isochrysidales
Famille : Scarabaeoidea
Genre : Isochrysis
Espèce: Isochrysis galbana Parke (I. galbana et I. affinis. Galbana ou T- iso)
1.2. CARACTERISTIQUES
1.2.1. Morphologie
Le genre Isochrysis est décrit par une cellule mobile solitaire, de forme allongée
possédant deux flagelles sub-égaux lisses, à insertion apicale ou sub-apicale, et un
haptonème très court dit « vestigial ». La cellule est habituellement recouverte de
minuscules écailles organiques (0,2 à 0,4 µm) (Chrétiennot-Dinet 1990). Ce chercheur a
aussi remarqué les pigments de la cellule lui conférant une couleur brune parfois jaune.
L’autre caractéristique la différenciant des autres flagellées est sa nage oscillante
particulière qui la fait tourner sur elle-même : son déplacement se fait à la vitesse de
quelques dizaines de micromètres par seconde et n’est pas uniquement rectiligne
(brusques changements de direction observés).
Deux espèces d’Isochrysis : Isochrysis galbana et (T- iso) sont actuellement
répertoriées et se différencient par des critères autres que morphologiques.
L’ Isochrysis galbana de petite taille (2 à 5 µm), de couleur brune, est
caractérisée par sa forme ovoïde. Quant à l’Isochrysis affinis Galbana, de couleur doré,
elle est isolée à Tahiti, d’où son nom T-iso pour « Tahiti-Isochrysis » et correspondrait à
une forme physiologique d’Isochrysis galbana. Ses caractéristiques morphologiques, en
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microscopie photonique aussi bien qu’en microscopie électronique ne permettent pas de
les différencier. Il faut donc rechercher des critères chimiques ou moléculaires pour les
distinguer (Chrétiennot Dinet, 2004).
Figure 1: Isochrysis galbana
En effet, elles ne peuvent pas être distinguées morphologiquement. Elles ont des
phases stationnaire et exponentielle identiques. Par contre, sur les critères chimiques ou
moléculaires, Patterson et al en 1994 ont trouvés la présence d’alkénones chez
l’ Isochrysis galbana. Ce fait a été vérifié en 2004 par Robert et al par l’analyse des
stérols et acides gras des diatomées et flagellés, réalisée au Laboratoire de Production
des Invertébrés de Brest (LPI) qui a montré les mêmes compositions en brassicastérol
de l’Isochrysis galbana et T- Iso mais se différencient par l’absence de ces alkénones
chez t-Iso. Cette dernière est plus riche en DHA (acide docosahexaènoique) Isochrysis
galbana mais elles contiennent toutes deux une quantité importante et identique d’autres
acides gras.
Ainsi Isochrysis galbana, très répandue dans le milieu aquacole est, depuis une
vingtaine d’années, remplacée en grande partie par la forme t-Iso adaptée aux eaux
chaudes, (Robert et al. 2004) et plus résistante aux fortes températures (30°C) (Tzovenis
et al. 2003).
Figure 2: Isochrysis affinis galbana (T-iso)
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1.2.2. Valeur nutritionnelle
Le besoin de cultiver les microalgues s'est imposé puisque les concentrations
phytoplanctoniques naturellement contenues dans l'eau de mer utilisée en écloserie sont
insuffisantes pour assurer une croissance optimale des larves et juvéniles élevés à forte
densité. Ainsi et particulièrement pour la culture des larves, les traitements d'eau utilisés
éliminent quasiment le phytoplancton naturel qui doit alors être remplacé par des
cultures de microalgues sélectionnées pour leur valeur nutritive élevée. Le tableau
suivant montre le volume cellulaire, poids organique et composition en lipides du genre
Isochrysis, couramment utilisées comme nourriture pour alimenter les larves et naissain
de bivalves.
Tableau 1: Valeur nutritionnelle de l'Isochrysis
Espèces Volume cellulaire
moyen (µm3) Poids organique (µg
10-6 cellules) Lipides %
Isochrysis galbana
Isochrysis (T-ISO)
40-50
19-24
20-24
II. BIO-ECOLOGIE DE L’ Isochrysis affinis galbana
Les microalgues comme l’Isochrysis affinis galbana sont à la base de la chaine
alimentaire de nombreux animaux d'aquaculture, surtout les bivalves filtreurs. Elles leur
apportent les vitamines et les acides gras poly-insaturés nécessaires à leur
développement, qu'ils ne savent pas synthétiser eux-mêmes. L’Isochrysis affinis
galbana est une micro-algue, il a d'abord été identifié par Bruce, Knight et Parke en
1939 (Robert et al, 2004) et s'est avéré un aliment exceptionnel pour les larves de
bivalves divers. C’est une micro-algue à l'origine du groupe d'algues chrysophytes. Il est
maintenant classé dans un nouveau phylum des Haptophytes algue appelée
(Prymnesiophyta ou Haptophyta). Il s'agit d'une petite ronde à ovoïde cellule qui a deux
flagelles à la locomotion. Il a découvert une haute teneur en lipides et donc une bonne
source de nourriture pour les larves de bivalves divers. Il est maintenant largement
cultivé pour utilisation dans l'industrie de l'aquaculture bivalve et autre.
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2.1. Cycle d'ammonium de croissance
Les cultures sont menées pendant des périodes de trois à sept jours au terme
desquels l'ensemble du volume est distribué aux animaux. Le phytoflagellate marines
Isochrysis galbana Parke a été suivie par deux cycles consécutifs d'ammonium de
croissance limité. Il y a eu une augmentation significative (48 h) accusent du retard dans
la division cellulaire après le ravitaillement de l'ammonium, mais pas de décalage
perceptible dans la croissance de la biomasse, qui a conduit à une augmentation
transitoire de la biomasse moyenne par cellule La synthèse de la chlorophylle net était
étroitement liée à l'absorption d’azote, tandis que la synthèse des caroténoïdes ont
continué jusqu'à ce que la fixation du carbone cesse. L'activité photosynthétique
(fixation du carbone (CO2) par unité de chlorophylle) variait fortement avec l’azote
cellulaire: carbone ratio. Une hausse rapide du ratio de la glutamine en glutamate (0.1-
6) durant les 24 premières heures après la fourniture d'azote indique un déséquilibre
temporaire dans le flux de carbone et azote. La synthèse de la biomasse intracellulaire
d'ammonium représentait moins de 4% du total de cellules d’azote, tout en libérant
d’acides aminés intracellulaires qui représentent 3-5%. Néanmoins, le nombre de
cellules ont pu doubler après que le support ait devenu pauvre en ammonium,
probablement par le recyclage et la redistribution de haut poids moléculaire
intracellulaire d’azote. L’Isochrysis galbana Parke est aussi un producteur
d’oxygène(O2) pour l’atmosphère, grâce à la photosynthèse.
2.2. Phases de croissance
Le développement de l’Isochrysis affinis galbana constitue trois phases : la
phase de latence qui dure 15 heures suivi de la phase exponentielle de 2 à 3 jours, dont
la concentration à la fin de cette phase est de 28,5 millions.ml-1 à 34,5 millions.ml-1 ;
et la dernière phase c’est la phase stationnaire qui peut marquer jusqu’à 5 jours. La
microalgue Isochrysis affinis galbana a un métabolisme photoautotrophe.
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Figure 3:Courbe illustrant les différentes phases
Dans cette courbe montrant la phase de croissance, la phase exponentielle est
caractérisée par une augmentation en volume des cellules. La concentration en nitrite
augmente jusqu’à épuisement des nitrates et les cellules ont tendance à réduire les
nitrates en nitrites. Durant la phase stationnaire, le volume des cellules sont stationnaire,
tandis que des nitrites et ammonium apparaissent; du côté ombrage, il y a
obscurcissement par les pigments ; les cellules augmentent de volume, suivi d’autolyse
des cellules ; elles pompent ensuite les nitrites.
2.2.1. Condition optimal de croissance
L’optimum de croissance en termes de facteurs environnementaux demeure
encore mal défini malgré les nombreuses études sur le sujet. La raison principale réside
dans le fait que les moyens mis en place ne permettent généralement de mesurer
l’influence que d’un seul facteur environnemental à la fois. Ceci est gênant d’un point
de vue écologique dans la mesure où la réponse des organismes dépend de la synergie
d’un ensemble de facteurs.
Les facteurs pris en compte dans ces études sont les suivants : salinité, température et pH, irradiance.
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� Salinité :
La salinité communément utilisée pour la croissance de t-Iso est comprise entre
32 et 36‰. D’autre part, Laing and Utting (1980) et Fabregas et al. (1985) préconisent
une gamme de 15 à 35‰ tandis que Abu-Rezq et al. (1999) conseillent une moins basse
salinité minimum de 25 à 35‰.
� Température :
Isochrysis affinis galbana est cultivée entre 15 et 30°C (Fabregas et al. 1985;
Sukenik et Wahnon 1991; Abu Rezq et al. 1999), avec une préférence générale pour des
valeurs de 20-25°C (Laing et Utting 1980; Brown et al. 1998; Brown 2002; Valenzuela
Espinoza et al. 2002). D’après Zhu et al. (1997), la température optimale est proche de
30°C car son taux de croissance est doublé par rapport à une culture réalisée à 15°C.
Renaud et al. (2002) déterminent une température optimale comprise entre 27 et 30°C.
� pH :
La plupart des cultures étant menées en batch, il n’y a pas de contrôle strict de ce
paramètre. Les expérimentateurs essaient cependant de le maintenir à des valeurs
comprises entre 6,7 et 8,2. Le pH est mesuré régulièrement et son évolution maîtrisée
par injection de CO2 pur ou mélangé à l’air (1 à 5%) (Fabregas et al. 1985; Brown et al.
1993; Pernet et al. 2003). La croissance de t-Iso est réalisée à une valeur moyenne de
7,2- 7,8 (Brown et al. 1993; Bougaran et al. 2003). D’après Kain et Fogg (1958), la
croissance d’Isochrysis galbana est inhibée dès que le pH excède 8,75.
III. Technique de production de l’Isochrysis affinis galbana
L’espèce la plus utilisée en aquaculture est surtout l’Isochrysis affinis galbana ou T-
iso du fait de sa forte productivité par rapport à celle de l’Isochrysis galbana Parke. Sa culture
peut se faire en deux façons : la culture en Batch ou IB (initial batch mode), et la culture
continue ou IC (initial continuous mode).
3.1. Culture en Batch ou culture en « Bloom »
La culture en Batch est une culture qui se fait dans un bassin, ou dans d’autres
récipients, selon le volume désiré. L’avantage de ce mode de culture est qu’il est à moindre
coût. Cependant, elle nécessite une mesure des paramètres physico-chimiques avec des
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appareils qui sont destinés pour, et la récolte se fait après une vérification de la turbidité à
l’aide d’un turbidimètre.
Un exemple de la culture en mode IB est celle employée lors d’une expérimentation en
Octobre 2004, par Robert et al. Cette expérimentation s’est portée, entre autres, sur la culture
d’Isochrysis affinis galbana dans du milieu Conway (Walne, 1966), à une température de 22-
23°C, avec une salinité de 34,5%0 (Figure 4). Les souches ainsi que le milieu de culture ont
été mis dans du ballon de 2L. La culture s’est effectuée avec un éclairage continu de 205
µmoles photons m-2.s-1. L’apport de CO2, à 3%, a été fait par bullage, ceci afin
d’homogénéiser la culture ainsi que régler le taux de pH du milieu.
Figure 4: Dispositif expérimental pour l'étude de la caractérisation des microalgues fourrage (ballons de 2L, station d'Argenton).
Source: Robert et al, Amélioration des productions phytoplanctoniques en écloserie de mollusques: caractérisation des microalgues fourrage, Octobre 2004
Lors de l’expérimentation, la phase de latence de la culture de T-iso a durée 2 jours, la
phase exponentielle 5 jours et la phase stationnaire plus de 4 jours. A la fin de la phase
exponentielle, la concentration a été entre 28,5 millions et 34,5 millions de cellules/ml.
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La composition de la solution de CONWAY est la suivante :
SOLUTION DE CONWAY
Milieu de base
Solution principale pour 1L
Solution de trace de métaux
NaEDTA 5g ZnCl2 2,1g
NaNO3 100g CoCl2+6H20 2,0g
H3BO3 33,6g (NH4)6Mo7O24+4H20 0,9g
NaH2PO4 20g CuSO4+H2O 2,0g
MnCl2+4H2O 0,36g Eau distillée 100ml
FeCl3+6H2O 1,3g
H2O 1000ml
Solution de traces de métaux
1ml
Dosage : 1ml/l d’eau de mer
3.2. Culture continue en bioréacteur
La culture continue en bioréacteur est caractérisée par son système clos permettant
ainsi le contrôle de la qualité microbiologique de la culture, ainsi que les paramètres
physiques comme la température, le pH, l’absorption lumineuse, la salinité. L’avantage de ce
mode de culture est le non nécessité d’un turbidimètre. En plus, la récolte se fait
automatiquement suivant l’absorption lumineuse.
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Figure 5: Une culture continue en photobioréacteur
Un exemple de ce genre de culture est celle utilisée lors d’une expérimentation en 17
Février 2003 par Bougaran et al. , se portant également sur la culture de T-iso. Le milieu de
culture qui a été utilisé est de l’eau de mer côtière (du Saint Malo, en France) enrichie avec
1ml.l-1 de solution de Walne (1960). La température de la culture a été de 27 ± 0,5°C, en
présence d’une lumière continue de 110 ± 10 µmol phot. m-2 s-1. Le pH du milieu a été de
7,20 ± 0,05, et le débit de filtration du CO2 de 0,20 ± 0,05 l. min-1.
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Figure 6: Schéma d'une culture continue en photobioréacteur : 1, culture medium tank; 2, stepdos pump; 3, photobioreactor; 4, peristaltic pump; 5, harvest scale; 6, impeller motor; 7, motor speed controller; 8, 0.22 µm gas filter; 9, absorption probe; 10, temperature probe; 11, pH combined electrode; 12, four-paddle impeller turbine; 13, airflow sensor; 14, pH-meter; 15, supervising computer; 16, data acquisition and digital output board; 17, electrovalve; 18, air flow regulator; 19, illuminated incubator; 20, fluorescent tubes.
Source : Bougaran *et al, Transient initial phase in continuous culture of Isochrysis galbana affinis Tahiti, Received 17 February 2003; accepted 25 April 2003
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IV. VALORISATION ET COMMERCIALISATION
4.1. UTILISATION
Nous tenons encore à préciser que l’Isochrysis galbana, étant une microalgue,
présente les propriétés qui sont : le métabolisme autotrophique et la fixation de CO2 et
production d’O2. De ces quelques propriétés, nous pouvons en déduire quelques
applications telles que :
• En alimentation aquacole : nourriture pour le zooplancton
(Exemples : Artemia, Rotifères,…etc.), pour les larves de mollusques (Bivalves) et de
crevettes, la fabrication d’algues instantanées dans le système commercial
• En alimentation humaine : utilisés pour la fabrication d’
« alicaments » (avec des hautes valeurs nutritionnelles et pharmaceutiques pour fournir
du « biodiesel », la présence d’acides gras hautement insaturés (AGHI-oméga 3 qui
sont : l’EPA et la DHA et qui peuvent concurrencer les huiles de poissons qui sont
encore les seules sources en vogue connues d’AGHI-oméga 3). En effet, les
microalgues constituent donc aujourd’hui une alternative aux huiles de poissons comme
source d’EPA et de DHA. Outre leur capacité à synthétiser de novo ces acides gras, les
microalgues offrent plusieurs avantages par rapport aux huiles de poissons. Elles sont
cultivables in vitro dans des conditions contrôlées ce qui, d’une part, permet la
production d’une biomasse de composition biochimique constante et, d’autre part,
élimine les risques de pollution chimique de la biomasse. En outre, contrairement aux
huiles de poissons, les lipides de microalgues ne contiennent pas ou peu de cholestérol
et ne présentent pas d’odeur désagréable. Enfin, les lipides microalgaux ont un profil
d’acides gras plus simple que celui des huiles de poissons, ce qui limite les étapes de
séparation des acides gras d’intérêt (Pencreac’h et al, 2004).
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4.2. COMMERCIALISATION
Dans le système de commercialisation, on utilise les algues instantanées
d’Isochrysis galbana. On les cultive en laboratoire et en faire concentrées pour faciliter
l'entreposage et pour un stockage à long terme. Les algues instantanées ne sont pas
vivantes et ne peut pas être employées comme culture d'amorçage, c'est une
alimentation en bloc.
Figure 7: Algue instantanée
Pour la commercialisation d’Isochrysis dans le but de faire des perles, après
les avoir cultivées, on les piège dans des billes d'alginate de sodium. Dans l’intérêt
du dosage (6 perles pour 1 ml de mélange) ; on fait un stockage à longue durée, ce
qui est peu coûteuse.
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CONCLUSION
Si l’Isochrysis galbana a été généralement cultivée à des fins d’alimentation
pour animaux dans les nurseries de bivalves ou crevettes, elle représente également une
source d’éléments très importante pour l’homme étant donné sa composition en ω-3. De
ce fait, elle pourrait tenir une place plus importante dans un avenir proche, que ce soit
sur le plan aquaculture que nutrition humaine.
A Madagascar, aucune culture d’Isochrysis galbana ou de T-iso n’est pratiquée
jusqu’à présent, d’ailleurs même dans le monde entier, sa culture en plus grande échelle
est encore très peu connue. Cependant, étant donné les paramètres physico-chimiques
qu’elle nécessite pour croître, la culture de l’Isochrysis galbana pourrait bien se faire
dans notre pays. En outre, puisque la souche du T-iso, qui est l’espèce commerciale, se
trouve à Tahiti, qui est une île tropicale avec des récifs coralliens aux alentours, le
climat de Toliara pourrait bien lui convenir. Un essai donc serait très intéressant.
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BIBLIOGRAPHIE
• BOURAGAN G., Loïc Le Déan, Ewa Lukomska, Raymond Kaas, Régis Baron,
Transient initial phase in continuous culturej of Isochrysis galbana affinis Tahiti, 2003,
IFREMER
• Chrétiennot-Dinet, M.-J. (1990). "Atlas du phytoplancton marin. Volume III
Chlorophycées, Cryptophycées, Euglénophycées, Eustigmatophycées, Prasinophycées,
Prymnésiophycées et Tribophycées." Paris, France, CNRS.
• Gaëlle PENCREAC’H, Marie DEVOS, Laurent POISSON, Josiane HERAULT,
Céline LOISEAU, Françoise ERGAN, Laboratoire d’Applications des Lipases de
l’Université du Maine, Institut Universitaire de Technologie de Laval, Département
Génie Biologique. Article : « Les microalgues marines : source alternative d’acide
eicosapentaènoïque (EPA) et d’acide docosahexaènoïque (DHA) ».
• Robert, R., Chrétiennot-Dinet, M., Kaas, R., Martin-Jézéquel, V., Moal, J., Le Coz,
J., Nicolas, J., Bernard, E., Connan, J., Le Déan, L., Le Gourrierec, G., Leroy, B. and
Quéré, C. (2004) "Amélioration des productions phytoplantoniques en écloserie de
mollusques : caractérisation des microalgues fourrage." Ifremer Brest/Argenton.
Rapport interne DRV/RST/RA/LPI/2004-05. pp. 149.
• Tzovenis, I., De Pauw, N. and Sorgeloos, P. (2003). "Optimisation of T-ISO
biomass production rich in essential fatty acids I. Effect of different light regimes on
growth and biomass production." Aquaculture 216 (1-4). 203-222.
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Sommaire
INTRODUCTION .................................................................................................................................. 1
I. GENERALITES ............................................................................................................................. 2
1.1. TAXONOMIE ......................................................................................................................... 2
1.2. CARACTERISTIQUES ........................................................................................................ 2
1.2.1. Morphologie ..................................................................................................................... 2
1.2.2. Valeur nutritionnelle ...................................................................................................... 4
II. BIO-ECOLOGIE DE L’ Isochrysis affinis galbana ............................................................... 4
2.1. Cycle d'ammonium de croissance ................................................................................. 5
2.2. Phases de croissance ....................................................................................................... 5
2.2.1. Condition optimal de croissance ............................................................................... 6
III. Culture de l’Isochrysis affinis galbana ............................................................................. 7
3.1. Culture en Batch ou culture en « Bloom » ................................................................... 7
3.2. Culture continue en bioréacteur ..................................................................................... 9
IV. VALORISATION ET COMMERCIALISATION .................................................................. 12
4.1. UTILISATION ...................................................................................................................... 12
4.2. COMMERCIALISATION ................................................................................................... 13
CONCLUSION .................................................................................................................................... 14
BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................... 15
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Liste des tableaux
Tableau 1: Valeur nutritionnelle de l'Isochrysis ......................................................................... 4
Liste des figures
Figure 1: Isochrysis galbana ...................................................................................................... 3
Figure 2: Isochrysis affinis galbana (T-iso) ............................................................................... 3
Figure 3:Courbe illustrant les différentes phases ....................................................................... 6
Figure 4: Dispositif expérimental pour l'étude de la caractérisation des microalgues fourrage (ballons de 2L, station d'Argenton). ........................................................................................... 8
Figure 5: Une culture continue en photobioréacteur ................................................................ 10
Figure 6: Schéma d'une culture continue en photobioréacteur ............................................... 11
Figure 7: Algue instantanée ...................................................................................................... 13