Le Bureau des Études Doctorales a le plaisir de vous informer que
Madame Yolanda SORIANO-JEREZ
Doctorante en cotutelle au laboratoire MAPIEM rattaché
à l’École Doctorale 548 « Mer & Sciences » de l’université de Toulon (France)
&
au laboratoire CITE II-A de l’université de Alméria (Espagne)
soutiendra sa thèse en vue de l’obtention du Grade de Docteure
sous la direction de
M. Emilio MOLINA GRIMA, Professeur des universités, Université de Almeria (Espagne)
M. Christine BRESSY, Professeur des universités, Université de Toulon (France)
co-encadrée par
Mme Maria Del Carmen CERÓN GARCIA, Professeure des universités, Université de Alméria (Espagne)
dans la discipline
Chimie
Spécialité : Chimie et Physico-chimie des polymères
sur le thème
Développement de revêtements transparents basés sur la technologie hydrogel aux propriétés antibiofouling pour photobioréacteurs
Mardi 16 avril 2024 à 10h00
A l’université de Alméria -CITE (Espagne)
Devant un jury composé de
Mme Claire HELLIO, Professeure des universités, Université de Bretagne Occidentale (France), Rapportrice
Mme Maria Dolores MACIAS SANCHEZ, Maitre de Conférences-HDR, Ecole de Cάdiz (Espagne), Rapportrice
M. Yusuf CHISTI, Professeur des universités, Université Malaysia Terengganu (Malaisie), Examinateur
Mme Maria Del Carmen CERÓN GARCIA, Professeure des universités, Université de Alméria (Espagne), co-encadrante
M. Emilio MOLINA GRIMA, Professeur des universités, Université de Alméria (Espagne), Codirecteur de thèse
Mme Christine BRESSY, Professeure des universités, Université de Toulon (France), Directrice de thèse
Résumé :
La culture de microalgues en photobioréacteurs fermés présente un grand intérêt pour produire divers composés à haute valeur ajoutée. L’un des obstacles à leur production est l’adhésion des microalgues sur les parois du réacteur obstruant le passage de la lumière et entraînant la mort des cellules. Pour concevoir des photobioréacteurs efficaces, il est nécessaire de développer un nouveau matériau transparent et non toxique. En raison du succès des “fouling release coatings” dans l’industrie navale, il a été décidé d’appliquer ce type de revêtement sur les parois intérieures du photobioréacteur. Sept revêtements amphiphiles transparents ont été formulés en ajoutant des additifs de type copolymères silicone/polyether dans une matrice élastomère poly(diméthylsiloxane) (PDMS). Ces revêtements ont l’avantage de présenter une énergie libre de surface initiale proche de la valeur minimale de Baier limitant les forces d’interaction avec toute molécule ou organisme, avec une réorganisation de la chimie de surface au contact de l’eau qui conduit à une énergie de surface proche de la valeur optimale définie par Vogler pour élaborer des surfaces amphiphiles efficaces contre l’adhésion cellulaire. Les revêtements développés ont été caractérisés et l’adhésion cellulaire de la microalgue N. gaditana a été étudiée pendant 8 mois d’immersion dans un réacteur raceway de 35 L en laboratoire. Les revêtements à base des additifs DBE-311 et OFX-0400 ont permis de réduire l’adhésion de 92%, grâce à leur diffusion plus rapide vers la surface. Le revêtement le plus transparent, à base de DBE-311, a été sélectionné pour évaluer son efficacité in situ dans des photobioréacteurs tubulaires et de type “sac” à l’échelle pilote, avec les microalgues N. gaditana et C. sorokiniana, et ce pendant les mois d’été. Le revêtement a permis de réduire l’adhésion des microalgues de 74% pour N. gaditana et de 62% pour C. sorokiniana dans les photobioréacteurs tubulaires, et de plus de 90% pour les deux microalgues dans les réacteurs panneaux plat. Ce revêtement s’est donc avéré être une bonne alternative pour construire des photobioréacteurs fermés efficaces.
Mot clés : Revêtement transparent antifouling, microalgues, photobioréacteurs.
Development of transparent coatings based on hydrogel technology with antibiofouling properties for photobioreactors
Abstract:
Microalgae are of great interest due to their high potential and variety of products. One of the bottlenecks in their production is cell adhesion, or biofouling. To avoid it and achieve efficient closed photobioreactors, it is necessary to develop a new transparent and non-toxic material. Due to the success of fouling release coatings in the naval industry, it was decided to use this type of coatings by applying them to the inner walls of photobioreactors. Seven transparent amphiphilic coatings have been made by adding silicone/polyether (PDMS-PEG) copolymers into a polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer matrix. These coatings have an initial surface free energy around the Baier minimum, but, when in contact with water, their surface reorganizes showing a surface energy around the Vogler minimum. The coatings were characterized and N. gaditana cell adhesion was evaluated over 8 months immersed in a 35 L indoor raceway reactor. Those which showed minimal adhesion were those made with the additives DBE-311 and OFX-0400, also corresponding to a higher diffusion rate of the additive to the coating surface, which reduced adhesion by 92%. However, because the latter had lower transparency, the DBE-311 coating was selected to evaluate its effectiveness under external conditions. In this case, the antibiofouling effectiveness of the coating was evaluated with the microalgae N. gaditana and C. sorokiniana under outdoor conditions during summer months, using tubular and flat panel photobioreactors at a pilot plant scale. Although the DBE-311 based coating did not completely prevent biofouling formation, it reduced it by 74% for N. gaditana and 62% for C. sorokiniana in tubular photobioreactors, while in flat panels it reduced it by more than 90% for both microalgae. Therefore, this coating proved to be a good alternative to build efficient closed photobioreactors.
Keywords: Transparent antifouling coating, microalgae, photobioreactors.
