Etude de la production solaire de microalgues dans des conditions désertiques extrêmes

Investigation of the solar culture of microalgae in extreme desert conditions

• Auteur / Autrice : Hareb Aljabri
• Direction : Jérémy Pruvost, Vincent Goetz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 11/12/2018
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire)
• Jury : Président / Présidente : Samir Jaoua
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Navid R. Moheimani
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Probir Das

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie solaire

Microalgues

Mots clés libres

Système Raceway

Photobioréacteurs

Résumé

Cette thèse se place dans le contexte de la production solaire de microalgues dans les conditions désertiques du Qatar. Dans de tels environnements, les microalgues représentent une alternative durable qui peut supporter efficacement les enjeux de la sécurité alimentaire, notamment en raison du manque de terres arables et d’eau douce pour l’agriculture conventionnelle. Cet environnement est également proche de l’idéal d’ensoleillement pour la culture des algues. Cependant, cela se combine à une température moyenne élevée, qui pourrait avoir un effet négatif sur le taux de croissance des algues et la production des métabolites d’intérêt. Un lien étroit existe alors entre les conditions appliquées (qui seront dynamiques), la souche retenue (les effets étant souvent souche-­dépendant), et la technologie de culture utilisée. Cette thèse vise à aborder ces trois aspects. Pour cela, nous nous sommes intéressés à sélectionner des souches adaptées à la production à grande échelle. Cinq souches isolées dans un environnement désertique ont été comparées. Ensuite, la souche la plus prometteuse a été étudiée en détails sous différents régimes de lumière et température. Des expérimentations en photobioréacteurs contrôlés ont permis d’étudier les effets indépendamment, puis en couplage. Les effets propres à des cycles dynamiques tels que rencontrés en extérieurs ont aussi été mis en évidence. La dernière partie présente un modèle thermique d'un système raceway, adapté à la culture au Qatar. Après validation, le modèle a été utilisé pour prédire les échanges et régimes thermiques rencontrés. L'intérêt d'introduire des solutions adaptées de régulation thermique a aussi été étudié.

This thesis is placed in the context of the solar culture of microalgae in the desert conditions of Qatar. In such environments, microalgae provide an alternative sustainable solution for food security, especially with the lack of sufficient arable land and fresh water for conventional agriculture. This environment is also close to the ideal regarding available solar radiation. However, this is combined with a high temperature, which could have a negative effect on both growth rate and production of metabolites of interest. A close link then exists between the culture conditions (which will be dynamic), the strain (the effects being often strain-­dependent), and the culture technology used. This thesis aims to address these three aspects. For this, we firstly selected strains adapted to large-­scale production in Qatar. Five strains isolated from the desert environment were compared. Then, the most promising strain was studied under different light and temperature regimes. Experiments in controlled photobioreactors allowed studying the effects independently, and then their inter-­relation. The effects of dynamic cycles as encountered outdoor were also highlighted. The last part presents a thermal model of a raceway system. After validation, the model was used to predict the exchanges and thermal regimes encountered. The interest of introducing adapted thermal regulation solutions has also been studied. The use of heat exchangers using the thermal inertia of the soil has been highlighted, illustrating the interest of combining strain selection to identify robust strain with engineering approaches to develop adapted culture system for Qatar conditions.