Récolte de la cyanobactérie Arthrospira platensis par techniques à membranes, interactions Procédé/Biomasse
par Nicolas Rossi
Thèse de doctorat en Génie des procédés
Sous la direction de Pascal Jaouen et de Patrick Legentilhomme.
Soutenue en 2005
à Nantes , dans le cadre de École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes) , en partenariat avec École polytechnique de l'Université de Nantes (autre partenaire) .
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Résumé
Le travail présenté concerne la récolte de la cyanobactérie Arthrospira platensis par des techniques à membranes dans le compartiment IVa de la boucle biorégénérative MELiSSA, développée par l'ESA en vue de vols spatiaux habités de longue durée. Une attention particulière est portée aux interactions Procédé/Biomasse, ainsi qu'aux contraintes spécifiques liées à la récolte en environnement spatial. Une première campagne expérimentale de sélection a orienté le choix vers une membrane inorganique tubulaire d'UF (ATZ 50 kD). Paramètres opératoires, modes de filtration et de nettoyage ont été investigués aux échelles " laboratoire " puis " pilote " pour les deux options envisageables. Dans le cas " basse concentration ", le circuit d'ultrafiltration permet de concentrer une biomasse diluée de 50 à 1000 mg/ afin de la recycler en photobioréacteur (PBR). La deuxième option consiste à concentrer directement la suspension en sortie du PBR. L'étude a montré la pertinence de l'UF pour la récolte cellulaire dans de bonnes conditions (taux de récupération et qualité du concentrat) jusqu'à un facteur de réduction volumique 20. Le mécanisme de colmatage est lié aux conditions d'écoulement, mais aussi aux caractéristiques et à l'activité de la suspension elle même. Si la lyse des cellules est préjudiciable aux performances, les exopolysacclharides excrétés par A. Platensis jouent un rôle déterminant dans le colmatage qui n'est pas uniquement particulaire. Le taux d'EPS peut être minimisé d'une part en contrôlant les conditions de culture et d'autre part en réduisant le stress mécanique, fonction des paramètres d'UF et des caractéristiques des éléments constitutifs du circuit.
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Résumé
The present work is devoted to the harvesting of a cyanobacterium Arthrospira platensis by membranes techniques in compartment IVa of the bioregenerative loop MELiSSA set up by ESA for long time spatial missions. We focus on Process/Biomass interactions, and on specific spatial constraints. First a comparative study has been realized and consequently an ultrafiltration inorganic tubular membrane has been chosen (ATZ 50 kD). Operating parameters, cleaning process and filtration modes have been investigated both at laboratory” and “pilot” scales in order to perform the two following options : “Low concentration”, where un-harvested cells are recycled in the photobioreactor (from 50 to 1000 mg/l); and “High concentration”, for which biomass is concentrated at the photobioreactor outlet. The study has underlined the validity of UF as a way of harvesting (biomass recovery and integrity). The fouling phenomenon is linked both to hydrodynamics and biomass, especially exopolysaccharides excretion and is not only a particular contribution. EPS rate could be minimized by culture conditions and by the mechanical shear stress reduction degradation, a function of UF parameters and characteristics of constitutive set-up elements.
