Intensification des photobioréacteurs tubulaires pour la culture de microalgues : étude hydrodynamique et rhéologique d’une nouvelle architecture

Public establishment belonging to IMT (Institut Mines-Télécom), placed under the supervision of the Ministry of Economy, Finance and Industrial and Digital Sovereignty, IMT Nord Europe has three main objectives: providing our students with ethically responsible engineering practice enabling them to solve 21st century issues, carrying out our R&D activities leading to outstanding innovations and supporting territorial development through innovation and entrepreneurship. Ideally positioned at the heart of Europe, 1 hour away from Paris, 30 min from Brussels and 1h30 from London, IMT Nord Europe has strong ambitions to become a main actor of the current industrial transitions, digital and environmental, by combining education and research on engineering and digital technologies.

Located on two main campuses dedicated to research and education in Douai and Lille, IMT Nord Europe offers research facilities of almost 20,000m² in the following areas:

-           Digital science,

-           Energy and Environment,

-           Materials and Processes.

For more details, visit the School’s website : www.imt-nord-europe.fr

The position is vacant within the the Centre for Education, Research and Innovation in Energy and Environment (CERI EE) (https://recherche.imt-nord-europe.fr/energie-environnement-ceri/). The successful candidate will also become a member of the Complex Fluid Flows Laboratory, whose research focuses on complex fluids, complex flow phenomena, and their role in enhancing transport processes and process intensification.

Contexte: Face à l’urgence de la transition écologique et énergétique, la bioconversion du CO₂ par des microorganismes photosynthétiques permet de produire des composés biosourcés (protéines, pigments, lipides) en substitution de ressources fossiles ou agricoles conventionnelles. Aujourd’hui, cette valorisation se concentre sur des marchés à forte valeur ajoutée (alimentation, cosmétique, santé). Le bénéfice environnemental de la filière dépend toutefois de la sobriété énergétique des photobioréacteurs (PBR), dont la productivité est limitée par la lumière. 

Réduire l’épaisseur de la culture augmente la surface éclairée et permet de travailler à haute concentration cellulaire. Cependant, l’augmentation de la concentration en biomasse modifie les propriétés rhéologiques du milieu et peut dégrader le mélange, homogénéité de l’éclairement et transferts gazeux. La formation de biofilm sur les parois constitue une difficulté supplémentaire, en réduisant la lumière disponible et en perturbant le fonctionnement du réacteur.
Le verrou est donc d’améliorer le mélange et le renouvellement de l’exposition lumineuse, tout en limitant la consommation énergétique et les contraintes de cisaillement imposées aux cellules. L’advection chaotique, fondée sur l’étirement et le repliement répétés du fluide, constitue une piste prometteuse pour intensifier le mélange en régime laminaire. Son application à une nouvelle architecture de photobioréacteur tubulaire pourrait également contribuer à limiter la formation de biofilm. Ce projet, mené en lien avec la société Green Fusyon, spécialisée dans la culture de Chlorella en photobioréacteur fermé, vise à étudier la faisabilité de cette approche.

Objectifs: Étudier l'architecture innovante de photobioréacteur tubulaire en circuit fermé fondée sur l’advection chaotique, afin de :

1. évaluer son potentiel pour améliorer le mélange et homogénéiser l’exposition lumineuse des cellules à forte concentration.
2. examiner son intérêt pour limiter la formation de biofilm et réduire l’énergie de mélange tout en maîtrisant le cisaillement.
3.  caractériser la rhéologie de cultures de microalgues à différentes concentrations et, si possible, à différents stades de croissance.
4. développer des fluides modèles analogues reproduisant les propriétés rhéologiques pertinentes des cultures, en vue d’études hydrodynamiques ultérieures.
 

Le stage s’adresse à un(e) étudiant(e) de Master ou d’école d’ingénieur, motivé(e) par la recherche scientifique. Une solide formation en physique, mécanique des fluides, rhéologie et/ou génie des procédés est attendue, ainsi que l’envie de s’investir dans un projet allant de la recherche fondamentale à l’application. Le ou la candidat(e) doit avoir de bonnes capacités d’analyse, d’organisation et de communication, ainsi qu’une bonne maîtrise de l’anglais. Un goût marqué et une réelle aptitude pour le travail expérimental sont indispensables.