Optimisation de la croissance de microalgues en façade de bâtiment

Microalgae Growth Optimization in Biofaçade Photobloreactors

• Auteur / Autrice : Églantine Todisco
• Direction : Jérémy Pruvost, Sylvain Durecu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés
• Date : Soutenance le 10/04/2019
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire)
• Jury : Président / Présidente : Gabriel Francisco Acien Fernandez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Cornet, Brenda Parker
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Goetz, Alberto Brucato

Mots clés

Mots clés contrôlés

Murs végétalisés

Roches

Microalgues

Mots clés libres

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Résumé

Cette thèse a pour but général de répondre à la question suivante : Comment optimiser la culture de microalgues en façade de bâtiment ? Pour y répondre, un travail de recherche allant de l’étude du comportement biologique des microalgues, jusqu’à la modélisation et l’analyse du procédé intégré au bâtiment a été mené. Pour cela, deux souches de microalgues (Chlorella vulgaris et Haematococcus pluvialis) ainsi que différentes tailles de photobioréacteurs (PBRs) (de 1,5 à 100 litres) et de volume de culture (jusqu’à 700 litres) ont été utilisés. Cela a permis d’étudier l’évolution thermique des PBRs de façade ainsi que l’impact sur la productivité des microalgues, des cycles jour/nuit couplés à des cycles de température, du bullage et du changement d’échelle. Au final, un modèle thermique a été développé afin de prédire l’évolution de la température en fonction des conditions météorologiques et des échanges thermiques entre les différentes parties du système PBR et le bâtiment hôte. L’étude de l’impact biologique de la température a montré un lien étroit entre température et intensité lumineuse. L’intensité du bullage est apparue comme un paramètre opératoire clé, pour éviter l’accumulation d’oxygène dissout en journée et l’inhibition de la croissance, et l’anoxie la nuit, qui favorise la lyse cellulaire. En utilisant les données obtenues à échelle réelle, une analyse technicoéconomique a été réalisée, montrant les principales optimisations à apporter à cette technologie originale de production, qui s’inscrit dans une logique de transition écologique en milieu urbain.

This PhD thesis has a general aim to answer the following question: How to optimize microalgae growth in façade photobioreactors (PBRs)? For that purpose, a study was undertaken, encompassing characteristics of microalgae growth and a complete analysis of the biofaçade process. Two microalgae species (Chlorella vulgaris and Haematococcus pluvialis) were studied, as well as different PBRs (laboratory and pilot scales) and culture volumes (up to 700 liters). The objective was to study the thermal behavior of the façade PBR, as well as the impact of various factors on biomass productivity, namely, day/night cycles paired with temperature cycles, bubbling intensity and scale of production. A thermal model was developed to estimate the culture temperature evolution according to weather conditions. Thermal exchanges were characterized for both, thePBR and its host building. Studying the biological impact of the culture temperature has shown a strong correlation between culture temperature and light received by the microalgae. The bubbling intensity also appeared to be a crucial operating factor, avoiding dissolved oxygen accumulations during the day which inhibits biomass growth, and preventing anoxic conditions being achieved during the night, which in turn increases the biomass decay rate. Using data obtained during full scale experiments, a technical and economic analysis wasundertaken, highlighting the main factors involved in the optimization of this new and original production technology, aiming ecological transition in urban environment.