UMR CNRS 6144
Génie des Procédés Environnement et Agroalimentaire
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GEnie des Procédés
Environnement - Agroalimentaire
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Caractérisation, modélisation de la croissance photosynthétique de Chlamydomonas reinhardtii en photobioréacteur et mise en évidence du couplage à l’hydrodynamique

Caractérisation,  modélisation de la croissance...
Chercheur(s)
  • Hosni TAKACHE

Introduction/contexte

La lumière est connue comme étant le facteur essentiel gouvernant l’efficacité des PBR. Un PBR est toujours caractérisé par un champ de rayonnement hétérogène dû à l’absorption et la diffusion de la lumière par les cellules en suspension. Schématiquement, cela amène à diviser le volume réactionnel en deux zones : une zone dite photonique où les micro-organismes sont exposés à une quantité de lumière suffisante pour assurer la photosynthèse, et une zone sombre où cette quantité est insuffisante pour assurer la croissance photosynthétique (Figure). Une des conséquences est que les cellules, du fait de leur mise en circulation, ne seront pas soumises à un éclairement continu (et ce même si le PBR est éclairée de façon constante) mais à des cycles intermittents de lumière/obscurité lors du passage d’une zone à l’autre. Ce régime fluctuant de lumière induit par l’écoulement peut alors modifier le taux de conversion de la lumière reçue par la cellule, le processus de conversion photosynthétique étant dynamique.

Objectif du projet

Ce travail porte sur l’étude de la croissance photosynthétique de la microalgue Chlamydomonas reinhardtii en photobioréacteur sous lumière continue et intermittente, et de la mise en évidence d’un couplage à l’hydrodynamique.

Resultats

Les travaux ont porté en première étape sur la caractérisation de la réponse en lumière continue. Ensuite, l’étude s’est poursuivie en caractérisant les effets des cycles de lumière/obscurité générés par un panneau de diodes électroluminescentes (DEL) sur la productivité volumique en biomasse afin d’étudier l’effet de l’hydrodynamique sur la conversion photosynthétique (light/dark cycles effect).Les expérimentations en limitation physique stricte et en photolimitation ont permis d’une part de définir les paramètres gouvernant la productivité volumique maximale en PBR, à savoir: la densité de flux hémisphérique photonique incidente , la fraction éclairée  et  la surface spécifique éclairée.

Il a été également possible d’établir un modèle cinétique de la croissance de C. reinhardtii en lumière continue. Ce modèle est basé sur une approche prédictive reposant sur la Thermodynamique des Processus Irréversibles (TPI), et prenant en compte les contributions respectives de la croissance photosynthétique et de la respiration à la lumière sur la cinétique globale.

La dernière partie du travail réalisé durant cette thèse concerne les expérimentations réalisées en lumière intermittente où différents régimes d’éclairement ont été testés. Des cycles longs (>40s) se sont révélés avoir un effet négatif sur la croissance. Pour des cycles plus courts (<12s), un couplage non linéaire a été observé entre les cycles imposés et la réponse en croissance, montrant une interaction avec les temps caractéristiques de réponse du métabolisme du micro-organisme

Applications possibles

Les résultats obtenus sont directement applicables au dimensionnement, au contrôle avancé et à l’intensification de photobioréacteurs fonctionnant en photolimitation (solaire ou artificielle).

Publications

·         Experimental and Theoretical Assessment of Maximum Productivities for the microalgae Chlamydomonas reinhardtii in Two Different Geometries of Photobioreactors, Takache H., Christophe G., Cornet J.-F., Pruvost J ; Biotechnol. Prog, 2010, Volume 26 Issue 2,  431-440.

·         An experimental investigation and a knowledge kinetic model for the photosynthetic growth of Chlamydomonas reinhardtii in photobioreactors (en cours de rédaction).

Projets