BIOALTERNATIVE

BIOAm2eTERNATIVEDans le cadre du projet BIOALTERNATIVE, l’Université Bretagne Sud a bénéficié du fonds CPER.

Le projet BIOALTERNATIVE : alternatives naturelles pour répondre aux défis sociétaux en agri-agro, santé et environnement

Il existe à l’heure actuelle de fortes demandes sociétales concernant les transitions environnementale, et écologique-. En effet, au cours des 20 dernières années, les stratégies agricoles et aquacoles dans le monde ont dû évoluer pour maintenir un niveau élevé de productivité dans un contexte d’accroissement des variations environnementales dues au changement climatique. Les systèmes de production intensifs à l'aide d'engrais chimiques, de pesticides et d’antibiotiques ou encore la gestion de l’eau se sont fortement accrus. Malheureusement, les données récentes sur la qualité des sols et des eaux ainsi que les changements agrohydrologiques mettent en évidence une véritable menace de la résilience des systèmes agricoles et aquacoles, et donc de la sécurité alimentaire dans de nombreux pays. La gestion des éléments nutritifs du sol, le manque de connaissances sur les menaces potentielles des sols acides ou salins, la réduction de la perte de la biodiversité, l’expansion des espèces invasives, la réduction de 50% d’utilisation d’intrants phytosanitaires chimiques à échéance 2025 (Plan Ecophyto2), l'émission de gaz à effet de serre par certains types de cultures et l’acidification des masses d’eau, l’évolution des risques infectieux liés au réchauffement climatique..., complexifient et limitent les capacités de production alimentaire (agri- et aquaculture notamment). Sous l’angle transition alimentaire, les consommateurs sont également en demande de plus de naturalité et de produits moins transformés, ce qui a conduit à des initiatives du type Cleanlabel, mettant en avant l’élimination des conservateurs chimiques et des colorants. L’actualité récente concernant l’inquiétude de certains riverains par rapport à l’épandage de produits phytosanitaires ou de consommateurs par rapport à des additifs ou ingrédients controversés (aspartame, dioxyde de titane) ne fait que renforcer le besoin d’alternatives naturelles aux intrants aussi bien en productions végétales et animales que dans les industries agroalimentaires de transformation. En terme d’environnement, domaine largement associé aux deux précédents (utilisation de pesticides ou résidus d’antibiotiques par exemple), les attentes concernent la qualité de l’air, des sols mais surtout les ressources en eau pour lesquelles les problématiques de pollution (plastiques, hydrocarbures…) sont un véritable fardeau pour l’humanité. En France, le Plan Stratégique National Pluriannuel de Développement Aquacole 2014-2020 (PSNPDA) ainsi que la stratégie nationale pour la mer et le littoral (décret 2017-22) ont pour objectifs une forte croissance de la production aquacole dans un cadre de haute qualité nutritionnelle et environnementale et de maîtrise des risques sanitaires. Ainsi, développer une aquaculture avec des organismes non conventionnels et locaux (ex holothurie) est une solution qui permettra, d'une part, de diversifier les produits de la mer et, d'autre part, de préserver la biodiversité, et ce dans un contexte de développement durable. La difficulté n’est évidemment pas que française. Dans les pays en voie de développement, les moyens manquent drastiquement pour assurer des conditions élémentaires de protection ou d’hygiène de populations démunies face à la mauvaise qualité des eaux, par exemple. Au cœur de ces enjeux, les biotechnologies jouent un rôle sociétal fondamental dans la connaissance et l’exploitation de la biodiversité en proposant des solutions dans divers domaines d’application comme, l'agriculture, l'aquaculture, les productions alimentaires, mais également la santé, l'environnement ou encore l'énergie. De nouveaux concepts de biotransformations émergent, utilisant des procédés écoresponsables innovants afin de garantir une utilisation raisonnée de la matière et de l’énergie pour tendre vers des systèmes vertueux « zéro déchets ».

Axe transversal : Plateforme éco-technologique des procédés de séchage, au fractionnement, extraction, purification et caractérisation de bioalternatives (extraits concentrés et molécules).

Responsable : IRDL

Participants : LEMAR, LBCM, LUBEM, BEEP, Géoarchitecture. Plateformes BIODIMAR, Centres techniques IDMer, CEVA, Plateformes Technologiques Prodiabio

Dans ce contexte, notre demande porte sur i) le renfort en production de biomasse (LEMAR-BEEP-Géoarchitecture- LBCM-MNHN-LUBEM), en particulier via la culture en bioréacteur (en conditions extrêmes -haute température, haute pression- ou non) associée à des techniques innovantes d’immobilisation, de co-culture et de forçage métabolique, l’étude du potentiel et de la chimiodiversité d’invertébrés et de microorganismes marins, la collecte d’espèces invasives collectées selon la réglementation mise en place en accord avec le protocole de Nagoya et des techniques de séchage (IRDL, IDMer) et ii) le déploiement de plusieurs procédés d'extraction et de caractérisation écoresponsables (chimie verte) menant à la production d'extraits et molécules bioactifs (IRDL-PFT Prodiabio, LBCM, LEMAR). La faible teneur en molécules et la complexité des extraits générés produits par ces organismes nécessitent d’utiliser des méthodes et techniques performantes dans le domaine de la chimie extractive et analytique. Ces technologies seront principalement optimisées à l'échelle du laboratoire avant d'être étendues aux technologies les plus performantes au niveau industriel (centres techniques, Réseau Carnot Agrifood transition, entreprises). Des paramètres tels que l’économie de matière première, l'efficacité énergétique, la consommation d'énergie et d’eau douce, la flexibilité des systèmes de production, la traçabilité, le niveau d'investissement et le coût de production seront des éléments clefs. La production de bioalternatives de haute valeur ajoutée représente un des principaux moteurs stratégiques du développement des bioressources pour les biotechnologies industrielles. Les nouveaux équipements permettront de renforcer i) les plateformes existantes sur la façade atlantique (UBO- BIODIMAR-Imagerie, UBS-Séchage-plateforme dynamique EXALTER, ii) les bioréacteurs de culture des microorganismes marins extrêmophiles (e.g. bioréacteur HP-HT pour produire des biomolécules et biogaz, bioréacteurs aérobies pour la production de biopolymères biodégradables -PHA bactériens-) ou non.

Thème 1 : Agriculture et industries agroalimentaires                     

Responsable : LUBEM

Participants : LUBEM, LBCM, BEEP, LEMAR, ANSES, Géoarchitecture, Vegenov, ADRIA, LEGO, IRDL

Le développement de nouveaux produits de biocontrôle ou de bioprotection nécessite une meilleure connaissance des écosystèmes (agricoles et alimentaires) et des interactions entre organismes. Les analyses de données de séquençage sont maintenant à la base de la caractérisation de ces écosystèmes mais nécessitent également une mesure en temps réel de certains paramètres environnementaux déterminants dans la gestion de ces équilibres microbiens : température, pH, humidité... Dans ce contexte, les demandes d’équipements concernent, d’une part, la mise en place de capteurs de ces paramètres et autres systèmes déportés (caméras) en conditions contrôlées (en serre d’expérimentation, en installations aquacoles et en laboratoire) et, d’autre part, les outils permettant d’étudier finement les organismes, leur diversité, leur physiologie et leur métabolisme avant utilisation directe d’extraits ou de composés purifiés (lien fort avec l’axe transversal). Les objectifs sont i) le développement de solutions microbiennes, végétales et algales pour le remplacement des produits phytosanitaires (biocontrôle, LUBEM, Vegenov, LBCM, IRDL, Géoarchitecture, LEMAR, BEEP, ADRIA) (avec l’évaluation de la performance des bioalternatives tant sur l’aspect biocontrôle que sur la qualité et sécurité des aliments après transformation du végétal traité), le remplacement des conservateurs chimiques (bioprotection LUBEM, ADRIA, LBCM) et pour la qualité sanitaire des productions aquacoles (ANSES Plouzané, LBCM) ; ii) le développement de solutions innovantes concernant la texturation et la stabilisation de produits alimentaires de type mousse et émulsion dans leur emballage (ADRIA, IRDL). L’innocuité des solutions proposées pourra être évaluée in vitro (LUBEM) et in situ sur les poissons (ANSES, LBCM, LEMAR). En phase aval, l’acceptabilité des nouvelles solutions de biocontrôle ou de bioprotection par rapport aux pratiques actuelles des consommateurs nécessite d’être évaluée, afin d’assurer leur prise en compte pratique. Menées à un stade précoce, ces études constituent un soutien au transfert de technologie. L’objectif est alors i) d’analyser la valeur perçue par les consommateurs des innovations proposées, et ii) d’étudier les freins et motivations envers ces nouvelles solutions (LEGO). Pour ce faire, la demande concerne un volet sociologique via la création d’un laboratoire en réalité virtuelle (LRV-CRV) capable de simuler des environnements d’interaction avec les innovations (magasin, domicile, autre environnement), qui permettra d’étudier les freins et motivations envers ces nouvelles solutions et l’analyse de la valeur perçue (LEGO). Cet axe s’appuiera sur la création d’une plateforme de compétences, MicroSpores et sur les collections des laboratoires et des établissements (UBOCC, LBCM) qui, pour les micro-organismes, ont été constituées en grande partie suite aux programmes CPER consécutifs (Souchothèque de Bretagne 2000-2006 Projet Souchothèque II CPER 2007-2013 et Métropolitain MICRI 2018-2020).

Remarque : Les données générées par les capteurs pourront être stockées et analysées via les équipements demandés dans le cadre du métaprojet CPER « Science de la donnée ».

Thème 2 : Aquaculture et environnement 

Responsable : LBCM

Participants : LBCM, LUBEM, Géoarchitecture, MNHN, ANSES, LEMAR, BEEP

L’un des enjeux majeurs actuels concerne la qualité de l’eau en lien avec les problématiques de pollution et de réchauffement climatique. Elle touche particulièrement le secteur de l’aquaculture. L’aquaculture occupe, en effet, une place stratégique pour à la fois produire des aliments de qualité tant au niveau nutritionnel que sanitaire mais également assurer un développement territorial économiquement et socialement durable. Dans ce contexte, différents projets s’inscrivent pleinement dans la démarche de développement durable et responsable. Outre les capteurs et autres systèmes déportés cités dans le thème 1, les équipements demandés permettront d’explorer les potentialités de différents organismes marins et/ou littoraux en termes d’ingénierie écologique au service de l’aquaculture pour limiter les maladies et améliorer la qualité sanitaire de la production aquacole par i) le développement de solutions microbiennes, végétales, algales et organismes marins pour apporter des solutions alternatives aux antibiotiques (probiotiques, peptides antimicrobiens, 3-hydroxyalcanoates) (ANSES Plouzané, LBCM, LEMAR, BEEP)

ii) la biorémédiation des résidus pharmaceutiques (éponges marines, holothuries), de différentes surfaces immergées composées de différents polymères présentant des dépôts/ biofilms de nature bactérienne et/ou micro-algale, des hydrocarbures et des plastiques (champignons filamenteux), du sel ou des métaux lourds (LBCM-MNHN, LEMAR, LUBEM, BEEP, Géoarchitecture), iii) le développement de nouveaux matériaux : revêtements antibiofilma/antifouling basés sur la recherche de nouvelles molécules actives dépourvues de toxicité (directive Européenne), utilisation de polyesters bactériens (PHA) comme alternatives aux plastiques pétrochimiques, et cryogels polysaccharidiques de structure et de morphologie contrôlées afin d’obtenir des filtres efficaces de dépollution des eaux et/ou de l’air (LBCM, IRDL). Cet axe s’appuiera sur les plateformes de compétences « Biofilms et revêtements antifouling/antibiofilm in vitro et in situ » et Victor Coste.

Porteur du projet

Alliance Universitaire de Bretagne - UBS

Coordinatrice du projet : Nathalie Bourgougnon

Partenaires

Laboratoires : LBCM*, LUBEM*, IRDL*, LEMAR, BEEP, Géoarchitecture, LEGO

Plateformes: PFT-Prodabio, BIODIMAR, Victor Coste (MNHN)

Centres techniques : ID-Mer*, CEVA*, Vegenov*, ADRIA*

Autres partenaires structurants : ANSES*, MNHN-AGROCAMPUS

Entreprises privées : Gilson inc., Nautix, OLMIX, Newonat, Huile Bertin, Marine Akwa, Seanova, Ferme Marine de Douhet, Les Poissons du Soleil, SA Abycean

* Membres du Tremplin Carnot Agrifood Transition

Équipements acquis

Liste des équipements.