Caractérisation d'un photobioréacteur de laboratoire avec intensification du transfert gaz-liquide

Résumé du document

[...] L'objectif de ce projet était de caractériser un réacteur permettant la culture de microalgues, appelé photobioréacteur (PBR). Les photobioréacteurs sont des systèmes de culture permettant de laisser passer la lumière en son sein, la lumière étant la source d'énergie pour la croissance des microalgues, ce paramètre est le plus important à contrôler.
On peut recenser un grand nombre d'applications pour les micro algues telles que l'alimentation humaine ou animale (spiruline), l'aquaculture (écloseries de crevettes ou d'huîtres).

[...] L'objectif de ces installations est de réaliser une réaction biochimique de photosynthèse afin de permettre la culture de micro algues à partir de CO2 et de lumière. Les premiers systèmes comparables sont apparus dans les années 40, mais c'est dans les années 80 que les recherches se sont accentuées.

On retrouve dans ce type d'installations des similitudes avec de simples bioréacteurs. Cependant, celui-ci devra être transparent afin de permettre la pénétration du flux lumineux, essentiel à la réaction souhaitée. Celui-ci est aussi équipé de sondes afin de suivre les paramètres importants, tel que l'apport en nutriments, le ph ou encore la température. Aussi comme dans tout réacteur un système permet une bonne homogénéisation (hélice, turbine, airlift).

[...] Nous prenons donc une masse de 5,611 gramme de KOH.

Ces deux solutions sont ensuite mélangées dans une bouteille fumée, afin que la réaction photochimique ne commence pas. Ce mélange est ensuite agité et maintenu à 40°C pour faciliter la dissolution du sel. La solution est par la suite refroidie dans un bac à glaçons pendant une bonne heure, puis agitée vigoureusement afin d'éliminer les dernières traces d'ammoniac (celui-ci étant un gaz). La dernière est d'acidifier la solution. En effet à cet instant, le pH se trouve aux alentours de 13 et nous voulons atteindre un pH compris entre 3 et 5, car le rendement quantique de la réaction est connu dans ces conditions. (...)

Extraits

[...] En ce qui concerne la manipulation, celle-ci nous a pris plus de temps que prévu notamment à cause de la préparation du réactif ferrique. En fait, c'est la préparation de la solution de HClO 4 à partir d'eau de javel qui fût un échec (Confondre perclorique et hypochlorite). Il a aussi fallut être très vigilant lors de la manipulation du sel de Reinecke, afin d'être sur qu'il ne soit pas exposé aux rayons lumineux. Sinon la réaction aurait commencé à se faire. [...]

[...] L'objectif de ce projet a donc été de contribuer à caractériser un photobioréacteur de laboratoire. Ce dossier va donc se diviser en quatre parties. Tout d'abord nous allons présenter le centre au sein duquel nous avons effectués nos travaux. Ensuite, la deuxième partie présentera le contexte de travail et les données que l'on cherche à définir. La troisième partie montrera les méthodes et les résultats obtenus, et la quatrième partie sera l'occasion de discuter des résultats et des améliorations à apporter au photobioréacteur Caractérisation d'un photobioréacteur 1. [...]

[...] Nous obtenons la droite en annexe qui relie cette densité au courant fourni par le générateur. Ces manipulations ont été assez fiables car nous obtenons des coefficients de régression linéaire très proche de 1 Caractérisation d'un photobioréacteur 3.2 Détermination du temps de séjour Principe : Temps de séjour d'une molécule : C'est le temps passé par une molécule dans le réacteur. Définition de et est la distribution des temps de séjour, telle que E(t).dt est la fraction du débit de sortie qui est restée dans le réacteur un temps compris entre t et t+dt. [...]

[...] Les problématiques scientifiques concernent, d'une part l'influence des cisaillements, des transferts (lumière, matière) et du mélange sur les performances du procédé et d'autre part, la modélisation des procédés en vue de leur contrôle. Le premier aspect développé dans cette thématique concerne l'ingénierie des (photo)bioréacteurs dédiés à la culture de la biomasse ou à la production de métabolites secondaires, comme l'hydrogène, les lipides et les pigments (programmes CNRS et Région, ANR) par exemple. La problématique intègre aussi le forçage physiologique des micro-organismes. [...]

[...] Le projet Pour réaliser les caractérisations nous avons un photobioréacteur torique (Photo 2 en annexe avec un mobile d'agitation (hélice), une source lumineuse (photo 3 sur l'annexe une sonde pH, une sonde de température pompes péristaltiques(photo 1 sur l'annexe des tuyaux flexibles, un boitier électrique (photo 4 sur l'annexe et tout le matériel disponible au centre de recherche (verrerie, produits chimiques . Nous avions aussi accès aux laboratoires pour manipuler et une paillasse pour ranger le matériel concernant le réacteur. Pour définir les principes et établir les protocoles nous avons utilisés la thèse d'Hosni Takache ainsi que d'autres documents que nous avons simplifiés et rendus plus lisibles. [...]