Production d'hydrogène par Chlamydomonas reinhardtii en photobioréacteur : analyse des conditions de culture et mise en place d'un protocole autotrophe

par Benoît Degrenne

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur. Génie des procédés

Sous la direction de Jack Legrand et de Jérémy Pruvost.


  • Résumé

    Hydrogen production by microalgae seems to be interesting in the context of clean hydrogen production. The unicellular green algae Chlamydomonas reinhardtii is indeed able to produce photo synthetically hydrogen gas from water. Hydrogen production, due to the presence of an enzyme [Fe]-hydrogenase, is inhibited in the presence of oxygen. The protocol of sulphur deprivation developped by Melis et al. (2000), allows to time separate the production of oxygen during the algae growth and the production of hydrogen in anaerobic conditions in the presence of light. The aim was here to better understand the role of culture conditions on H2 production process, and to develop new protocols using high control allowed in photobioreactor. The study of the growth of Chlamydomonas reinhardtii shows that anaerobic conditions occur when a dark area, characterized by the illuminated fraction  appears in the reactor. This value has been estimated in mixotrophic condition (γ -1) and in autotrophic conditions (γ= 0. 18). Thus has allowed to develop a protocol that permit to reach anoxia and hydrogen production under light conditions without mineral starvation, based on the control of radiative light transfer inside the photobioreactor. The optimization of standard sulphur deprived protocol by using modelling tool allowed to develop this protocol in autotrophic conditions. The maximal hydrogen productivity is similar (1,9 ml H2/gl) even if different initial conditions are applied. Finally, the photobioreactor was used to decouple metabolic pathways leading to hydrogen production. A methodology based on culture chemostat mode, with or without limitation mineral, allows regulating starch content and the concentration of biomass all in a reversible manner. The result shows that the protocol of sulphur deprivation is still the most effective compared to other protocols based on other mineral limitations.

  • Titre traduit

    Hydrogen production by Clamydomonas reinhardtii in photobioreactor : analysis of culture conditions and set up an autotrophic protocol


  • Résumé

    La production d'hydrogène par des microalgues apparaît comme intéressante dans l'optique de la production d'un vecteur énergétique sans émissions de gaz à effet de serre. En effet, la microalgue verte Chlamydomonas reinhardtii est capable de traduire cet hydrogène à partir d'eau. La production d'hydrogène, due à la présence d'une enzyme [Fe] – Hydrogénase est inhibée en présence d'oxygène. Le protocole de carence en soufre a ainsi été developpé par Melis et al. (2000), la production d'oxygène lors de la croissance des algues et la production d'hydrogène en conditions anaérobiques et en présence de lumière étant séparées dans le temps. Le but de cette thèse est de mieux comprendre les différents processus menant à la production d'hydrogène afin de les optimiser voire de proposer des protocoles de production alternatifs grâce au contrôle poussé des conditions de culture permis par la culture en photobioréacteur. L'étude de la croissance de Chlamydomonas reinhardtii montre que les conditions anaérobiques interviennent lorsqu'une phase sombre, caractérisée par la fraction  est présente dans le réacteur. Cette valeur a été déterminée pour les conditions mixotrophes ( γ-1) et autotrophes (γ=0. 18). L'optimisation des conditions opératoires par modification du protocole de carence en soufre a permis d'appliquer ce protocole sur milieu autotrophe. Les résultats montrent que la productivité maximale en hydrogène est très semblable (1,9ml h2 /g. 1) quelles que soient les conditions initiales appliquées. Finalement des essais de découplage de voies de production d'hydrogène ont été entrepris. Le mode de culture chemostat, avec ou sans limitation minérale, permet de réguler la teneur en amidon ainsi que la concentration en biomasse. Les résultats montrent que le protocole de carence en soufre reste à ce jour le plus efficace par rapport à un protocole basé sur une autre carence minérale (azote notamment).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (216 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 197-205.

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009 NANT 2031
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th. 2299 bis
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