ALLIGATOR — Coalescence et biofilm dans un photobioréacteur confiné

Les photobioréacteurs (PBRs) dédiés à la culture des micro-algues ou des cyanobactéries sont une technologie prometteuse pour de nombreuses applications telles que la production de produits à haute valeur ajoutée, de bioénergie ou la capture de CO2. Cependant, des progrès technologiques sont encore nécessaires pour réduire les coûts de production et les impacts environnementaux et accroître l'efficacité énergétique. Dans ce contexte, l'intensification des performances via une augmentation de la concentration de culture pour une surface éclairée donnée représente un moyen prometteur pour réaliser une production optimisée et éco-efficace. C'est pourquoi le projet ALLIGATOR vise à développer un nouveau concept de photobioréacteur intensifié. La configuration proposée consiste en une colonne à bulles à faible entrefer censée améliorer le transfert gaz-liquide et favoriser le mélange tout en permettant une concentration de biomasse élevée, et en garantissant la disponibilité de la lumière sur toute l'épaisseur du réacteur. Les problèmes de coalescence et de biofilm constituent un défi majeur pour le développement de cette technologie et seront spécifiquement abordés dans le projet. Le programme implique des études complémentaires à l'échelle locale et à l'échelle du réacteur. Des développements scientifiques fondamentaux et originaux sont attendus: (i) connaissances scientifiques sur l'hydrodynamique diphasique complexe mise en jeu et le transfert gaz-liquide dans une colonne à bulles à faible entrefer, ce réacteur gaz-liquide intensifié innovant étant potentiellement intéressant pour d'autres applications que la culture de microalgues, (ii) une meilleure compréhension physique des mécanismes de coalescence des bulles dans les milieux non newtoniens et de l'influence de la rhéologie sur la dynamique 2D d'un essaim de bulles, (iii) une connaissance approfondie de la dynamique des biofilms de microalgues en mettant l'accent sur l'impact de l’hydrodynamique gaz liquide, ce qui constitue une percée pour le développement des PBRs et contribuera à accroître les connaissances scientifiques sur les biofilms photosynthétiques peu étudiés à l’heure actuelle dans la littérature. Technologiquement, plusieurs avancées sont également attendues: (i) une nouvelle technologie de PBR confiné 2D sera testée et développée à l'échelle du laboratoire, avec pour objectif un gain significatif en terme de productivité, (ii) des règles d'extrapolation seront développées pour prédire des informations clés telles que le temps de résidence des bulles, la performance de mélange, le transfert gaz-liquide, la contrainte de cisaillement aux parois, les cinétiques de rupture et de coalescence, iii) les conditions pour limiter le biofilm et la coalescence seront proposées. En combinant des compétences académiques en Mécanique des fluides (IMFT), Biofilm/Biofouling (LGPM) et Bioréacteurs (GEPEA), ce projet collaboratif explorera la faisabilité d'un nouveau PBR confiné et améliorera la compréhension physique et la prédiction des écoulements à bulles ainsi que des biofilms photosynthétiques.