Abstract :
[en] This master thesis is part of the FOTOBIOMAT research project financed by the Walloon Region, the aim of which is the development of a photobioreactor (PBR) using hybrid materials in the shape of beads within which photosynthetic microalgae producing high added-value metabolites are encapsulated.
The most important limiting factor for the design of a PBR is the illumination of the culture medium. Externally illuminated rectangular reactors with a small thickness and with a high surface to volume ration allows optimising the supply of light. Nevertheless, due to the strong absorption by the cells, the recirculation of encapsulated microalgae is necessary to insure their access to the light provided at the PBR walls. To avoid any risk of deleterious shock or attrition, the beads recirculation is performed by fluidisation (hydraulic mixing) in a reclining reactor.
The present work aims at describing the influence of the illumination distribution and of the fluid and particle flows on the levels and on the fluctuation of light intensity encountered by microalgae encapsulated in solid beads. Several experimental techniques were used to quantitatively characterise the illumination distribution and the liquid phase hydrodynamics. The motion of the solid particles was analysed more qualitatively.
All these information on light distribution, liquid phase hydrodynamics and displacement of encapsulated microalgae in beads will have to be integrated and coupled to kinetic data on photosynthesis reactions to build a complete model of the PBR performance.
[fr] Ce travail de fin d’études prend place dans le projet de recherche FOTOBIOMAT financé par la Région Wallonne dont le but est le développement d’un photobioréacteur (PBR) mettant en œuvre des matériaux hybrides sous forme de billes, dans lesquelles sont encapsulées des microalgues photosynthétiques, afin de produire des métabolites à haute valeur ajoutée.
Le facteur limitant le plus important lors de la conception d’un PBR est l’illumination du milieu de culture. Des réacteurs rectangulaires éclairés par des sources externes, caractérisés par une faible épaisseur et un rapport hauteur sur volume élevé, permettent un apport lumineux optimisé. Cependant, à cause de la forte absorption des cellules, une recirculation des microalgues encapsulées s’avère nécessaire pour promouvoir leur accès à la lumière pénétrant par les parois transparentes du PBR. Dès lors, ce déplacement des billes est réalisé par agitation hydraulique dans un réacteur inclinable afin d’éviter tout risque de choc néfaste et attrition.
Le présent travail tente de décrire l’influence de la distribution de l’éclairement ainsi que celles des écoulements liquide et particulaire sur les niveaux et les fluctuations de l’intensité lumineuse qui serait perçue par des microalgues encapsulées dans des billes. Les résultats ont été obtenus au moyen de différentes mesures et observations permettant de caractériser l’atténuation et la répartition de l’éclairement et l’hydrodynamique ainsi que la fluidisation du lit de particules.
Toutes ces informations sur la distribution de lumière, l’écoulement de la phase liquide et le déplacement des microalgues encapsulées dans des billes devront être par la suite intégrées et couplées à des données cinétiques des réactions photosynthétiques afin d’établir un modèle complet des performances du PBR.
