Développement d'un photobioréacteur solaire intensifié en vue de la production à grande échelle de biomasse microalgale

par François Le Borgne

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

Sous la direction de Jérémy Pruvost.

  • Titre traduit

    Development of an intensified solar photobioreactor for microalgae mass-scale production


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Informations

  • Détails : 1 vol. (291 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.. Les capacités intrinsèques des microorganismes photosynthétiques les positionnent favorablement dans nombres d'applications, dont la production de bioénergies. Leur vitesse de croissance élevée laisse entrevoir des rendements nettement supérieurs en comparaison des végétaux supérieurs. Leur plasticité métabolique, qui permet par imposition de conditions adéquates de forcer le microorganisme à une production de métabolites donnés, et leur grande diversité rendent possibles l'élaboration de divers vecteurs énergétiques (hydrogène, lipides à vocation bioénergétique, sucres convertibles en méthane). De plus, la croissance phytosynthétique impose un apport important en carbone inorganique (puits à CO2) et le fonctionnement en milieux aqueux et clos permet une gestion maîtrisée des apports en sels minéraux, sans relargage dans le mileu extérieur, et sans concurrencer l'alimentation (culture hors sol). L'intensification des cultures peut ainsi être réalisée sans pression sur l'environnement. Un enjeu majeur dans la perspective du déploiement des photobioréacteurs à grande échelle est de répondre à la problématique de culture solaire en masse, avec pour objectifs une productivité surfacique élevée et une forte augmentation des productivités volumiques pour atteindre des concentrations en biomasse suffisantes pour limiter le coût énergétique de la production et des étapes avales de traitement de la biomasse. L'objectif du travail réalisé et présenté dans ce mémoire a été de répondre à ces deux points en développant une nouvelle technologie de photobioréacteur dédiée à la problématique solaire, à très forte surface spécifique éclairée et fonctionnant en captation directe. Les performances obtenues, en accord avec les prévisions théoriques, ont confirmé l'intérêt du système développé en termes de très fortes productivités volumiques par rapport à l'état de l'art (facteur 10 environ). Les différents étapes du développement sont présentées, à savoir la conception sur la base des outils d'ingénierie des photobioréacteurs, les pré-études expérimentales, la réalisation du prototype et sa validation finale.. Due to some of their intrinsic capacities, photosynthetic microorganisms are found as one of the more promising resources, in particular in the context of renewable energy production issued from biomass. Compared to plants, higher area productivities can be achieved due to the higher photosynthetic conversion efficiency of such aqueous organisms. In addition, depending on applied conditions and cultivated species, it is possible to produce either hydrogen, biomass enriched in lipids (biodiesel) or in sugars for biomass fermentation (methane) or gasification. Furthermore, the photosynthetic growth requires an important supply of inorganic carbon, allowing CO2 sequestration. Photosynthetic microorganisms are thereby often envisaged as an alternative source of renewable energy, with a very weak pressure on the environment.In this perspective of a mass-scale production of microalgae, a special attention must be paid on the key parameters governing both area and volumetric productivities, the former being important in terms of land area to be used (conversion of sunlight receveid per surface unit), the latter being important to reduce operating costs of the cultivation system (reduction of volume to handle, higher biomass concentration achievement then reducing biomass harvesting cost).The work presented in this thesis concerns the development of a new solar photobioreactor technology, with a very high illuminated specific area and functioning under direct radiation. The different steps of photobioreactor development are here presented : its conception using the theoritical framework of photobioreactor engineering, hydrodynamics and thermal characterization, and final investigation in terms of biomass productivity. High biomass productivies of the system were confirmed (around 10 fold higher than for state of the art systems).

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2011 NANT 2025
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