Étude des mécanismes de conversion photosynthétique de l'énergie lumineuse par Chlorella vulgaris en photobioréacteur solaire - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2020

Study of photosynthetic mecanisms for light energy conversion by Chlorella vulgaris in solar photobioreactors

Étude des mécanismes de conversion photosynthétique de l'énergie lumineuse par Chlorella vulgaris en photobioréacteur solaire

Abstract

Large-scale production of microalgae is mainly carried out in solar cultures. Under these conditions, cells experience various light fluctuation dynamics that is mostly due to day/night cycles, weather conditions, cell displacement between the light surface and the near-dark bottom of the culture, or regular passage through the design dark fractions of the photobioreactor (PBR). In response to these light variations, microalgae developed response mechanisms. In the short term, they protect themselves from supersaturating light intensity for example by dissipating excess energy as heat. In the long term they change their pigment content to use light energy with the greatest efficiency. This study aims at understanding and optimizing the photosynthetic conversion of light energy by Chlorella vulgaris in solar PBR. For this purpose, experiments under controlled conditions were carried out at the laboratory scale. At the cell level, transient behaviours were observed, particularly in the presence of supersaturating light. Photoacclimation impacted photoprotection and photoinhibition mechanisms of the cells. At the reactor scale, characteristic times of photosynthetic responses were explored during increasing or decreasing light step transitions. Subsequently, an in vivo chlorophyll a fluorescence measurement sensor was implemented online on a PBR and its usefulness was studied for monitoring solar cultures, particularly for maintaining good culture conditions and estimating productivity. In addition, this probe supplemented by gas flux measurements also made it possible to measure the impact of PBR dark fractions on the photosynthetic response of C. vulgaris.
La production à grande échelle de micro-algues est principalement réalisée en cultures solaires. Dans ces conditions, les cellules subissent de nombreuses variations de lumière à cause des cycles jour/nuit, de la météo, de leur déplacement entre la surface éclairée et le fond sombre de la culture ou de leur passage régulier dans des parties non éclairées du photobioréacteur (PBR). En réponse à ces variations, les micro-algues ont développé des mécanismes leur permettant de se protéger à court terme contre de trop fortes intensités lumineuses, par exemple en dissipant l’énergie excédentaire sous forme de chaleur, et à long terme d’utiliser l’énergie lumineuse avec la meilleure efficacité en modifiant leur teneur en pigments. Cette étude porte sur la compréhension et l’optimisation de la conversion photosynthétique de l’énergie lumineuse par Chlorella vulgaris en PBR solaire. Pour cela des expériences en conditions contrôlées ont été réalisées à l’échelle du laboratoire. Au niveau de la cellule, des comportements transitoires ont pu être observés notamment en présence de lumière sursaturante. La photoacclimatation impacte les mécanismes de photoprotection et de photoinhibition des cellules. A l’échelle du PBR, les temps caractéristiques des réponses photosynthétiques de la culture ont été explorés lors de transitions lumineuses ascendantes ou descendantes. Par la suite, une sonde de mesure de la fluorescence de la chlorophylle a a été implémentée en ligne sur un PBR et son utilité a été étudiée pour le suivi de cultures solaires notamment pour le maintien de conditions favorables et l’estimation de la productivité. De plus, cette sonde a également permis de mesurer l’impact des boucles sombres sur la réponse photosynthétique de C. vulgaris grâce à des mesures complémentaires de flux de gaz.
Fichier principal
Vignette du fichier
2020LEMA1015.pdf (6.52 Mo) Télécharger le fichier
Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03084439 , version 1 (21-12-2020)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03084439 , version 1

Cite

Marlène Bonnanfant. Étude des mécanismes de conversion photosynthétique de l'énergie lumineuse par Chlorella vulgaris en photobioréacteur solaire. Organisation et fonctions cellulaires [q-bio.SC]. Le Mans Université, 2020. Français. ⟨NNT : 2020LEMA1015⟩. ⟨tel-03084439⟩
448 View
337 Download

Share

Gmail Facebook X LinkedIn More