Modélisation d'un photobioréacteur pour le pilotage de microalgues

Modelling of a photobioreactor for microalgae piloting

• Auteur / Autrice : Stéphanie Nouals
• Direction : Arsène Isambert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie appliquée et génie des procédés
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de masse

Microalgues

Bioréacteurs

Mots clés libres

Photobioréacteur

Porphyridium Purpureum

Gaz liquide

Recyclage

Résumé

Ce travail a été réalisé pour la société Thallia Pharmaceuticals S. A. , qui s'intéresse à la production de molécules à haute valeur ajoutée à partir de la microalgue porphyridium purpureum et a développé un photobioréacteur tubulaire à cette fin. Il a pour but de modéliser le fonctionnement d'un photobioréacteur pilote, afin de mieux maitriser les phénomènes de croissance de porphyridium purpureum et de servir de base à l'optimisation et au contrôle du procédé. Pour ce faire, trois aspects sont étudiés et modélisés : les cinétiques de croissance, le transfert gaz-liquide du dioxyde de carbone et l'écoulement dans le photobioréacteur. Le premier aspect, le modèle de croissance, permet de prédire la production de biomasse en fonction de nombreuses conditions opératoires comme la lumière, le carbone, la température et la photopériode. La modélisation de chaque aspect est développée avec le logiciel de simulation dynamique SpeedUp, à partir d'études expérimentales puis validée pas-à-pas. La modélisation complète du procédé est réalisée en imbriquant ces trois aspects et permet de prédire la production de biomasse à partir uniquement des conditions opératoires et des conditions initiales. Enfin, une étude de faisabilité du recyclage du milieu de culture est réalisée sur un réacteur de petit volume, de type « air-lift » et fonctionnant en continu. Pour cette étude, seul l'appauvrissement en azote est considéré. Elle montre qu'un recyclage du milieu de culture est possible mais qu'il existe un appauvrissement maximal en azote au-delà duquel le risque serait de perturber la production microalgale après remise à niveau des nutriments. De plus, la modélisation de la vitesse de consommation de l'azote est réalisée de manière à prédire l'évolution de l'azote résiduel. Ce dernier modèle couple au modèle de croissance, est valide sur l'expérience de recyclage du milieu de culture et représente donc un outil prédictif pouvant faciliter l'organisation du travail technique.