Modélisation des transferts couplés en milieux poreux

Développement et modélisation de procédés innovants de production de
métabolites à partir de microalgues immobilisées
Les microalgues sont des usines cellulaires qui convertissent l’énergie lumineuse en énergie chimique tout
en consommant du dioxyde de carbone ; elles sont actuellement cultivées à des fins alimentaires, ou pour en
extraire des molécules à haute valeur ajoutée destinées aux marchés de la cosmétique, de l’alimentation et de la
santé. Leur capacité à consommer le CO2 et à accumuler des lipides convertibles en biocarburant suscite un fort
intérêt dans l’idée de produire un biodiesel avec un impact environnemental réduit. Les microalgues suscitent
actuellement un vif engouement et des industriels de différents secteurs investissent ce créneau. Néanmoins, il
reste des verrous technologiques à lever afin d’améliorer les systèmes de production de microalgues, en les
rendant économiquement plus compétitifs. L’utilisation des systèmes immobilisés de microalgues (biofilms)
permet de lever certains de ces verrous et promet des productivités accrues pour une moindre consommation
énergétique.
Un biofilm est un assemblage de microorganismes associés à des surfaces, insérés dans une matrice de
polymères extracellulaires, composée de polysaccharides, ainsi que de protéines et d’acides nucléiques. Les
avantages des systèmes à biofilms de microalgues sont, entre autres, d’obtenir une concentration importante de
biomasse facilement récoltable. Cela permet donc de réduire considérablement le coût de la récolte, qui peut être
réalisée par raclage, ou par récupération du métabolite en fonction de sa densité par rapport à l’eau.
L’objectif de cette thèse est de proposer et de dimensionner un système alternatif de culture industriel de
microalgues, sous forme de biofilm, à des fins de production de lipides énergétiques et/ou de molécules à haute
valeur ajoutée. Des approches complémentaires d’expérimentation et de modélisation seront mises en œuvre.
Principales étapes de la thèse :
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Identification et test du matériau de support pour favoriser l’adhésion des microalgues et la formation
du biofilm.
Etude expérimentale de la dynamique de formation et d’activité du biofilm. L’objectif est de
comprendre, en fonction de divers paramètres physicochimiques, ces effets sur la productivité du
réacteur en termes de biomasse et de production de lipides et/ou molécules d’intérêt. Le candidat
caractérisera la diffusion des espèces dans le biofilm et la propagation de la lumière, en fonction des
propriétés telles que l'épaisseur du biofilm, sa structure, son état physiologique et son activité. La
caractérisation de la structure et de l’activité du biofilm sera, entre autres, réalisée à l’aide des outils
de microscopie (microscopie électronique laser confocale, CLSM, et microscopie optique).
Mise au point et calibration d’un modèle de formation de biofilm. Le modèle sera développé dans
l'optique de pouvoir être calibré à partir de données expérimentales, pour aider au design et à la
supervision en lignes de procédés industriels.
Identification des conditions optimales de productivité de biomasse et de métabolites, et validation de
l’intérêt de ce système alternatif de culture de microalgues pour la production de biocarburants et/ou
de molécules d’intérêt.
Directeur de thèse : Dominique Pareau, Professeur, LGPM, ECP
Co-Directeur de thèse : Olivier Bernard, Directeur de Recherche, INRIA
Co-encadrant : Filipa Lopes, Enseignant-chercheur (Chef de Travaux), LGPM, ECP
Profil du candidat :
Issu d’une école d’ingénieur généraliste ou équivalent, avec une solide formation en mathématiques appliquées
(modélisation, équations différentielles, équations aux dérivées partielles), le candidat devra avoir des notions de
microbiologie.
Laboratoire d’accueil : Laboratoire de Génie des Procédés et Matériaux de l’Ecole Centrale Paris. Fréquents
déplacements dans l’équipe BIOCORE à l’INRIA Sophia-Antipolis.
Candidature : Envoyer un CV et une lettre de motivation aux adresses :
[email protected]
[email protected]
[email protected]
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