Abstract FR:

Les systèmes de production de micro algues se différencient des bioréacteurs classiques par le besoin de fournir de l'énergie lumineuse essentielle au développement photosynthétique. Cependant, à forte concentration, le milieu devient fortement absorbant et des zones insuffisamment éclairées apparaissent au sein de la culture. Un compris est alors nécessaire entre atteindre des concentrations importantes pour augmenter la productivité et fournir une énergie lumineuse suffisante à chaque micro algue. Ce mémoire, base sur un photo bioréacteur développé par Ifremer, présente une solution possible à ce problème en homogénéisant la quantité d'énergie lumineuse reçue par la population de micro algues grâce à la modification des conditions de circulation. Pour cela, un écoulement tourbillonnaire généré par une entrée tangentielle est employé, le mouvement tridimensionnel créé favorisant alors un renouvellement des cellules au droit des sources lumineuses. Après présentation du système étudié, l'intérêt de l'écoulement tourbillonnaire est montré en substituant le milieu biologique par une solution photochimique. Ensuite, afin de représenter au mieux le couplage entre écoulement et croissance des micro algues, l'hydrodynamique est caractérisée grâce à la technique de vélocimétrie par images de particules. Après reconstruction du champ tridimensionnel des vitesses par une méthode employant un réseau de neurones, les trajectoires suivies et l'énergie lumineuse reçue par une micro algue sont alors calculées. En couplant à ces résultats un modèle de croissance simulant la réponse photosynthétique de la micro algue, et notamment son comportement physiologique face à des passages alternes dans des zones d'éclairements différents, des cultures batch sont simulées. Finalement, notre étude s'achève par la validation expérimentale de l'intérêt du photo bioréacteur à écoulement tourbillonnaire en mettant en œuvre des cultures de la micro algue Porphyridium purpureum.