Récupération d'exopolymères issus de surnageants de culture de Porphyridium cruentum par techniques membranaires : étude de la filtrabilité des solutions sur une membrane organique et caractérisation du colmatage

par Lisa Zaouk

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Patrick Bourseau, Samir Taha et de Anthony Massé.

Le président du jury était Murielle Rabiller-Baudry.

Le jury était composé de Fawaz El Omar, Bastien Seantier.


  • Résumé

    Certaines microalgues peuvent excréter hors de la cellule des polysaccharides ayant des propriétés intéressant différents secteurs industriels (santé, cosmétique, agroalimentaire, etc.). Les exopolysaccharides (EPS) solubilisés dans le milieu de culture pourraient être concentrés et purifiés par filtration sur membrane après élimination des cellules. Dans ce contexte, la thèse a porté sur l’étude de la filtrabilité des solutions d’EPS de Porphyridium cruentum sur une membrane plane d’ultrafiltration en polyéthersulfone d’un seuil de coupure égal à 50 kDa muni d’un espaceur côté alimentation. Les solutions d’EPS ont été filtrées à petite échelle avec recyclage du rétentat et du perméat dans le bac d’alimentation. Des courbes flux de perméation-pression transmembranaire (PTM) ont été établies jusqu’au flux limite pour différentes conditions de vitesse tangentielle (de 0,3 à 1,2 m.s-1), de teneur en EPS (de 0,10 à 1,06 kg GlcEq.m-3) et de température (20 et 40 °C). Le colmatage de la membrane a été évalué par le biais du calcul des résistances hydrauliques de colmatage, du flux critique, et de cartographies FTIR-ATR et AFM du colmatage irréversible. Les résultats ont montré le caractère fortement colmatant des solutions d’EPS avec une prépondérance de la part du colmatage irréversible pour des pressions de filtration modérées et réverible pour des pressions proches de la PTM limite. Ainsi, la concentration des EPS d’un facteur 10 nécessiterait des vitesses tangentielles de l’ordre de 1 m.s-1, ce qui serait envisageable dans un module plan de type “filtre presse”, mais pas dans un module spiralé.

  • Titre traduit

    Exopolymers recovery from culture supernatants of Porphyridium cruentum using membrane techniques : study of the solutions filterability on an organic membrane and fouling characterization


  • Résumé

    Some microalgae are able to excrete polysaccharides featuring properties which are of high interest and value to various fields (health, cosmetics, food, etc.). The exopolysaccharides (EPS) solubilized in the culture medium could be concentrated and purified by membrane filtration after removing the cells. Within this context, the thesis focused on the study of the filterability of Porphyridium cruentum EPS solutions on a flat polyethersulfone ultrafiltration membrane with a 50 kDa molecular weight cut-off. The EPS solutions were filtered at a lab-scale with a complete recirculation of both retentate and permeate to the feed tank. Permeate fluxtransmembrane pressure (TMP) curves were established up to the limiting flux for the filtration of solutions with various values of cross-flow velocity (0.3 to 1.2 m.s-1), EPS concentration (0.10 to 1.06 kg GlcEq.m-3) and temperature (20 and 40 °C). Membrane fouling was evaluated through the calculation of hydraulic fouling resistances, the critical flux and FTIRATR and AFM mapping of the irreversible fouling. The results showed the high fouling power of the EPS solutions as well as the preponderance of the irreversible fouling at moderate filtration pressures and the reversible one at pressures close to the limiting TMP. Thus, concentrating EPS by a factor of 10 would require cross-flow velocities of 1 m.s-1, which would be feasible in a flat module (plate and frame filter press) but not in a spiral-wound module.


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