Thèse Année : 2023

Theoretical and experimental investigation of light and culture intensification in solar microalgae cultivation systems

Etude théorique et expérimentale de l'intensification de la lumièe et de la culture dans les systèmes de culture solaires de microalgues

Résumé

Microalgae cultivation costs mustbe reduced to be used as a renewable, lowcarbonsource of food, energy, and valueaddedproducts. To this end, two approachesare considered to increase the productivity ofmicroalgae cultivation systems via light andculture intensification principles. First, the useof external mirrors to increase the productivityof outdoor raceway ponds was assessedtheoretically and experimentally. The impactof the mirror location, solar position, and operatingparameters such as biomass concentrationand culture depth were considered.Indeed, up to a 37 % increase in volumetricbiomass productivity was observed experimentallyunder clear skies. Then, a proof-ofconceptexperimental campaign of an intensifiedthin-tube photobioreactor targeted for biofaçadeapplications was performed. The thintubedesign enabled high biomass productivitieswith minimum biofilm formation. However,culture growth was found to be limited by oxygenover-accumulation. To optimize the thintubedesign, a detailed study of light transferwas conducted. A Monte Carlo ray-tracingapproach was used to predict the local fluencerate within the culture for a given solarPBR geometry, inclination, and operating conditions

Le coûts de cultivation des microalgues doivent être réduits pour pouvoir lesutilisés comme une ressource renouvelable.À cette fin, deux approches sont envisagées pour augmenter la productivité des systèmes de culture de microalgues via l’intensification de la lumière et de la culture. Tout d’abord,l’utilisation de miroirs externes pour augmenter la productivité des raceways solaires a été é valuée théoriquement et expérimentalement.L’impact de l’emplacement des miroirs et les conditions solaires ont été pris en compte.Les miroirs ont augementé la productivité volumétrique de la biomasse jusqu’à 37% sous un ciel clair. Ensuite, une campagne expérimentale de preuve de concept d’un photobioreacteur intensifié à tube mince destiné à des applications de biofaçade a été réalisée.Ce concept a permis d’obtenir une productivité élevée sans la formation de biofilm. Cependant,la croissance de la culture a été limitée par la suraccumulation d’oxygène. Pour optimiser ce concept, une étude détaillée du transfert de lumière a été menée. Une approche de Monte Carlo ray-tracing a été utilisée pour prédire le champs radiative dans la culture selon la géométrie, l’inclinaison et les conditions de fonctionnement du PBR.

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  • HAL Id : tel-04220903 , version 1

Citer

Jack Hoeniges. Theoretical and experimental investigation of light and culture intensification in solar microalgae cultivation systems. Other. Nantes Université, 2023. English. ⟨NNT : 2023NANU4016⟩. ⟨tel-04220903⟩
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