Concentrations en azote de 1,7 mM

Dans un premier temps, nous avons souhaité comparer la croissance d’Arthrospira platensis lors d’un apport quotidien d’une concentration molaire équivalente en N de 1,7 mM, soit sous forme de nitrates (culture appelée par la suite 1,7 mM N-NO3), soit sous forme d’ammonium (culture appelée 1,7 mM N-NH4). Le choix s’est porté sur cette concentration car comme décrit dans la synthèse bibliographique, une concentration toxique de 2 mM est généralement admise pour Arthrospira platensis, bien que ce seuil n’ait pas été établi pour cette cyanobactérie. Par ailleurs, Carvalho et al. (2004) ont montré qu’en dessous de 1,6 mM de concentration en azote, des effets irréversibles sur les cellules étaient observables, dus à une limitation nutritive. C’est pourquoi, nous avons choisi de travailler à la concentration de 1,7 mM d’azote, et en mode Fed-batch avec un ajout journalier après dosage afin de revenir à la concentration initiale. L’objectif était d’éviter les limitations dans les conditions de faible concentration et de limiter l’effet toxique dans le cas de l’utilisation de l’ammonium.

159 Les cinétiques de croissance obtenues dans ces 2 conditions de culture (1,7 mM N-NO3 et 1,7 mM N-NH4) sont reportées sur la Figure 47 et comparées aux données prédites par le modèle.

Figure 47: Courbes de croissance à 1,7 mM d’azote journalier (Fed-batch) et comparaison avec le modèle de croissance Photosim. Moyennes de 3 cultures par condition. Les barres d’erreur correspondent aux

écarts-types.

Aucune différence significative n’est observée dans la cinétique de croissance d’Arthrospira platensis avec un apport journalier de 1,7 mM d’azote. En effet, la concentration cellulaire dans la fiole avec l’ammonium passe de 0,29 g.L^-1 à 2,51 g.L^-1, soit une productivité en biomasse de 0,28 ± 0.029 g.L^-1.j^-1 et de 0,26 g.L^-1 à 2,80 g.L^-1 dans le cas de la fiole avec les nitrates soit une productivité en biomasse de 0,32 ± 0.024 g.L^-1.j^-1. Par ailleurs, ces deux cinétiques de croissance coïncident avec la courbe prédite par le modèle.

A chaque prélèvement, les concentrations résiduelles en ammonium et en nitrate ont été quantifiées dans le but de remettre à niveau la quantité d’azote disponible, ainsi que pour réaliser un suivi de la consommation d’azote. Une mesure de pH a également été réalisée afin d’évaluer la formation de NH3.

Concernant la fiole de Roux à 1,7 mM N-NO3, on observe sur la Figure 48 une concentration initiale en N-NO3 supérieure aux 1,7 mM prévus. Cette quantité de nitrates trop importante vient du fait que l’inoculum (10% du volume de la culture) provient d’une préculture sur cette même source d’azote et dans laquelle les nitrates n’étaient pas épuisés. De ce fait, la supplémentation quotidienne en N-NO3 à hauteur de 1,7 mM n’a été réalisée qu’à partir du J2

160 et la quantité de N-NO3 dosée quotidiennement dans la fiole ne varie que légèrement, indiquant une consommation régulière de la source d’azote. Ceci est vérifié en traçant la consommation cumulée en N-NO3 au cours du temps (Figure 48) qui semble linéaire ce qui s’explique par le fait que la croissance se fait en conditions de limitation par la lumière et non en condition de limitation nutritionnelle. La rupture de pente observée au 4^ème jour correspond à une augmentation du flux lumineux. Ainsi, une vitesse moyenne de consommation d’azote de 1 mM.j^-1 a pu être calculée.

Figure 48: Culture à 1,7 mM N-NO3 : concentration résiduelle en N-NO3 lors du prélèvement quotidien et consommation cumulée.

De la même façon, les concentrations en N-NH4 résiduelles, consommées, ou transformées en NH3 ont été reportées sur la Figure 49.

161 Figure 49: Culture à 1,7 mM N-NH4. Suivi des concentrations en NH4, NH3 formé, NH4 consommé.

Données quotidiennes et cumulées.

Dans ces conditions de culture, on observe que la quantité quotidienne de N-NH4 résiduel est très faible voire nulle. En effet, une forte proportion de l’azote mis à disposition sous forme de NH4 est en réalité transformée en NH3 aux pH élevés mesurés quotidiennement, atteignant une concentration cumulée de 9,1 mM. Ainsi, la quasi-totalité de l’azote restante sous forme NH4 est alors consommé par la cyanobactérie, induisant une situation de limitation voire de carence en azote. La vitesse de croissance et la production de biomasse observées pourraient donc être sous-estimées puisque limitées par la disponibilité en NH4 (limitation en azote). De la même façon, la vitesse de consommation du N-NH4 a été estimée à 0,7 mM.j^-1 ce qui est inférieur aux 1 mM.j^-1 obtenus dans le cas de la culture sur nitrates, mais là encore la limitation en azote pourrait avoir entrainé une sous-estimation.

Par ailleurs, nous avons remarqué que dans la fiole contenant 1,7 mM N-NH4 dans le milieu, les cellules d’Arthrospira platensis se sont décolorées. A la différence de la première fiole de Roux, contenant les nitrates, les cellules sont passées d’un vert intense à un vert-jaune pâle (Figure 50).

162 Figure 50 : Observation de la coloration des cultures. Gauche : culture à 1,7 mM N-NO3 ; Droite : culture

à 1,7 mM N-NH4.

Ce phénomène peut être dû à la limitation azotée (Cornet et al., 1998). En effet, la présence de limitations en nutriment entraine une modification du métabolisme de la cellule. Certains pigments, les phycocyanines et les chlorophylles, sont dégradés afin d’être utilisés comme source d’azote pour assurer la synthèse d’autres protéines. Plus la carence sera importante, plus la culture va devenir pale et tendre vers une couleur jaune (Sassano et al., 2007, Rodrigues et al., 2010). Cependant, il semble que ce phénomène soit réversible dès lors que la quantité d’azote redevient suffisante dans le milieu (Deschoenmaeker et al., 2016). Ce phénomène pourrait expliquer le fait qu’aucune différence significative de la cinétique de croissance n’ait été observée, malgré la carence en azote constatée.

Les cultures à 1,7 mM d’azote n’ayant pas montré de différence en terme de cinétiques de croissance, et ce malgré une concentration finale de 9,1 mM en NH3 dans le cas de la culture sur ammonium (concentration initialement supposée toxique), d’autres cultures ont été réalisées avec un apport quotidien de 3,4 mM d’azote.