Optimisation et modélisation de la croissance de microalgues en vue de la validation des performances d'un photobioréacteur pilote
Institution:
Châtenay-Malabry, Ecole centrale de ParisDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Evaflor society, which wants to diversify its activity towards microalgae production, owns a patent for a new type of photobioreactor. The aim of this study is to prepare the validation of the photobioreactor performances with Nannochloropsis oculata. First, N. Oculata growth (mumax) has been optimised at the laboratory scale. Four experimental parameters have been studied (temperature, pH, incident light intensity and aeration rate). Thanks to a central composite design, a second order polynomial equation has been established to describe the mumax variations in the whole experimental domain explored. The quality of the model obtained has been assessed with a staistical study. Then, N. Oculata optimal growth conditions have been estimated and validated experimentaly. The results obtained with the design of experiments have also been used to establish a biological growth model for the strain. This model is able to describe the growth rate evolution for diverse experimental conditions. The variables taken into account are the light energy available per cell, the total inorganic carbon available per cell, the volumetric mass transfer coefficient, the pH and the temperature. It has been developed thanks to the dynamic simulation software Aspen Custom Modeler. The third part of this work deals with the study of pressure influence on N. Oculata maximal growth rate in batch culture. The study has focused on two principal aspects: the effect of mechanical stress on the cells and the eventual dissolved oxygen inhibition on growth.
Abstract FR:
La société Evaflor, qui désire diversifier son activité vers la production de microalgues, possède un brevet concernant un nouveau type de photobioréacteur. Le but de ce travail est de préparer la validation des performances de ce photobioréacteur avec Nannochloropsis oculata. Tout d'abord, la croissance de N. Oculata (mumax) a été optimisée à petite échelle. Quatre paramètres expérimentaux ont été pris en compte (température, intensité lumineuse incidente, pH et débit d'aération). Un plan composite centré a permis d'établir une équation polynomiale de degré 2 décrivant les variations de mumax dans l'ensemble du domaine expérimental exploré. La qualité du modèle obtenu a été évaluée à l'aide d'une étude statistique. Puis, les conditions optimales de croissance de N. Oculata ont été calculées et validées expérimentalement. L'ensemble des résultats obtenus avec le plan d'expériences a également servi à la construction d'un modèle biologique de croissance de la souche. Ce modèle est capable de prédire l'évolution de la vitesse de croissance en fonction des différentes conditions expérimentales. Les variables prises en compte sont l'énergie lumineuse disponible par cellule, le carbone inorganique total disponible par cellule, le coefficient volumique de transfert de masse, le pH et la température. La troisième partie de la thèse concerne l'étude de l'influence de la pression sur la vitesse maximale de croissance de N. Oculata en culture batch. L'étude s'est focalisée sur deux aspects principaux : l'effet du stress mécanique sur les cellules et l'inhibition éventuelle de la croissance par l'oxygène dissous.