Biofaçade de microalgues comme solution pour développer des bâtiments et des systèmes de culture durables

Microalgae biofacade as a solution for sustainable buildings and microalgae production

• Auteur / Autrice : Flora Girard
• Direction : Jérémy Pruvost, Yves Andres, Cyril Toublanc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 23/05/2023
• Etablissement(s) : Nantes Université
• 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 : Diane Thomas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoinette Kazbar, Christophe Lasseur
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Diane Thomas, Jean-Philippe Steyer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Construction durable

Microalgues

Mots clés libres

Biofaçade de microalgues

Bâtiments durables

Procédé circulaire

Microalgae biofacade

Sustainable buildings

Circular process

Résumé

Une biofacade de microalgues est un système de culture de microalgue installé verticalement comme façade de bâtiment. Cette étude vise a évaluer, in silico, les performances de ce procédé ainsi que son optimisation. Le modèle système développé se compose d’un modèle thermique bâtiment bio façade et d’un modèle de recyclage des effluents liquides du bâtiment comme source de nutriments pour la culture de microalgues. Ce manuscrit présente la validation de cet outil ainsi que son utilisation sur des cas d’étude précis. Le modèle thermique du système bâtiment-biofaçade a été utilisé dans une étude énergétique ainsi que pour tester des solutions d’ingénierie afin d’améliorer les performances thermiques des photobioréacteurs de façade. Le modèle de recyclage des urines comme source d’azote et de phosphore pour la culture, consiste en un bilan matière complet. Les résultats de simulation ont montré la pertinence d’utiliser les urines comme source de nutriments pour la culture de microalgue (dynamique de production, volume et concentration des effluents). Ainsi cette thèse a permis de développer un modèle complet du procédé de culture de microalgue en façade du bâtiment. Cet outil d’aide à la décision permet de réaliser des études énergétiques, de dimensionnement, et d’optimisation du procédé en fonction du lieu d’implantation (recherche d’optima de fonctionnement, optimisation de la conception des photobioréacteurs etc.).

Microalgae biofacade is a microalgae culture system installed vertically as a building façade. This study aims to evaluate, in silico, the performances of this process and its optimization. The developed system model is composed of a building-biofaçade thermal model and a model of building liquid effluent recycling as a nutrient source for microalgae culture. This manuscript presents the validation of this tool as well as its use on specific case studies. The thermal model of the building-biofaçade system was used in an energy analysis and to test various engineering solutions to improve photobioreactor thermal performances. The recycling model of the liquid effluent of the building consists of a complex mass balance. The simulation results showed the interest of using source separated urine as nitrogen and phosphorus sources for microalgae culture (production dynamics, volume and concentration of the effluents). This thesis therefore permitted to develop a complete model of the microalgae biofacade. This decision support tool allows to carry out energy studies, sizing and optimization of the process according to building location (calculation of optimal operation, optimization of photobioreactor design etc.)