Optimisation d'un bioréacteur de type "soft-mixer" : pour la croissance de microalgues

Optimization of a bioreactor type "soft-mixer" : for the growth of microalgae

• Auteur / Autrice : Cyril Lefranc
• Direction : Patrice Meunier, Olivier Detournay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique et physique des fluides
• Date : Soutenance le 28/02/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre (IRPHE) (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : PLANKTOVIE (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Tambutté
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Röttinger, Jérôme Noir

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microalgues

Dinoflagellés

Bioréacteurs

Tourbillons (mécanique des fluides)

Dynamique des fluides

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Photobioréacteur

Diffusion de CO2

Dinoflagellés

Cisaillement

Flux scalaire

Ecoulement tournant

Amphidinium carterae

Photobioreactor

CO2 diffusion

Dinoflagellates

Shear

Scalar flow

Rotating flow

Amphidinium carterae

Résumé

Les toxines marines représentent une source très variée de molécules pour les nouvelles thérapies. Toutefois, elles sont actuellement très onéreuses car elles ne peuvent être produites en grande quantité. En effet, les micro-algues qui contiennent naturellement ces molécules, les dinoflagellés, ne peuvent pas être cultivées dans des photobioréacteurs (PBR) traditionnels car elles sont extrêmement sensibles au cisaillement. Dans cette thèse, nous expérimentons la culture de dinoflagellés dans un PBR innovant, le dinophyt, développé par l’IRPHE et la société Planktovie. Ce PBR, constitué d'un cylindre tournant autour de son axe, incliné par rapport à la verticale, permet d'apporter une grande quantité de CO2 aux microalgues avec des forces de cisaillement beaucoup plus faibles (< 2,2 mN.m-2) que dans les PBR traditionnels (> 100 mN.m-2). Dans une première partie, le flux de CO2 a été mesuré pour différentes vitesses de rotation. Le flux est inversement proportionnel à la racine carrée du nombre d'Ekman, ce qui s'explique par la présence de couches d'Ekman. Dans une deuxième partie, nous avons cultivé le dinoflagellé amphidinium carterae dans le dinophyt. En variant la vitesse de rotation, le renouvellement de milieu, le contrôle du pH et l’apport de CO2, nous avons montré que la culture d’A. carterae dans ce dinophyt est robuste par rapport à ces paramètres, ce qui rend son utilisation industrielle possible. Dans une troisième partie, des dinophyts de volumes industriels (> 100L) sont utilisés pour la culture d’A. carterae. Les rendements sont au moins 2 fois plus élevés que dans les PBR classiques, avec une production moyenne de 145 millions de cellules par litre par jour

Marine toxins represent a very diverse source of molecules for new therapies.However, they are currently very expensive because they cannot be produced in largequantities. Indeed, the microalgae that naturally contain these molecules, the dinoflagellates, cannot be grown in traditional photobioreactors (PBRs) because they are extremely sensitive to shear. In this thesis, we experiment the culture of dinoflagellates in an innovative PBR, the dinophyt, developed by IRPHE and the company Planktovie. This PBR, consisting of acylinder rotating around its axis, inclined to the vertical, allows to bring a large amount of CO2 to the microalgae with much lower shear forces (< 2.2 mN.m-2) than in traditional PBRs (> 100 mN.m-2). In a first part, the CO2 flux was measured for different rotation speeds. The flux is inversely proportional to the square root of the Ekman number, which is explained by the presence o fEkman layers. In a second part, we grew the dinoflagellate amphidinium carterae in dinophyt. By varying the rotation speed, medium renewal, pH control and CO2 supply, we showed that the culture of A. carterae in this Dinophyt is robust with respect to these parameters, which makes itsindustrial use possible.In a third part, dinophytes of industrial volumes (> 100L) are used for the culture of A.carterae. The yields are at least 2 times higher than in conventional PBRs, with an average production of 145 million cells per liter per day