Assas Recherche | Impact de l’apport de gaz par contacteur membranaire sur la production microbienne de biomolécules à partir du CO2 : de la conception de réacteur à la physiologie microbienne.

Impact de l’apport de gaz par contacteur membranaire sur la production microbienne de biomolécules à partir du CO2 : de la conception de réacteur à la physiologie microbienne. (Document en Anglais)

Accès au(x) document(s)

Accéder au(x) document(s) :

Ce document est protégé en vertu du Code de la Propriété Intellectuelle.

Modalités de diffusion de la thèse :

Thèse consultable sur internet, en texte intégral.

Informations sur les contributeurs

Auteur : Di Bisceglie Federico

Di Bisceglie, Federico

Nom

Di Bisceglie

Prénom

Federico

Nationalité

Italien

Date de soutenance : 10-12-2024

Directeur(s) de thèse : Guillouet Stéphane

Guillouet, Stéphane

Nom

Guillouet

Prénom

Stéphane

- Kratzer Regina

Kratzer, Regina

Nom

Kratzer

Prénom

Regina

Etablissement de soutenance : Université de Toulouse (2023-....)

Université de Toulouse (2023-....)

Nom

Université de Toulouse (2023-....)

- Graz University of Technology

Graz University of Technology

Nom

Graz University of Technology

Laboratoire : TBI - Toulouse Biotechnology Institute, Bio & Chemical Engineering

TBI - Toulouse Biotechnology Institute, Bio & Chemical Engineering

Nom

TBI - Toulouse Biotechnology Institute, Bio & Chemical Engineering

- Toulouse Biotechnology Institute / TBI

Toulouse Biotechnology Institute / TBI

Nom

Toulouse Biotechnology Institute / TBI

Ecole doctorale : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries

École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries

Nom

École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries

Informations générales

Discipline : Ingénieries microbienne et enzymatique
Classification : Sciences de la vie, biologie, biochimie

Mots-clés libres : Contacteur membranaire, Cupriavidus necator, Isopropanol, Fermentation gaz, Dioxyde de Carbone, Hydrogène
Mots-clés :

Isopropanol
Biogaz
Dioxyde de carbone
Hydrogène

Résumé : Les cultures autotrophes sont une voie prometteuse pour valoriser les gaz à effet de serre à la production de produits à valeur ajoutée, en exploitant le potentiel de micro-organismes capables d’utiliser le dioxyde de carbone comme source de carbone. La bactérie Cupriavidus necator est capable d’utiliser le CO2 comme source de carbone, l’O2 comme accepteur d’électrons et l’H2 comme source de pouvoir réducteur. Elle produit naturellement du polyhydrohybutyrate (PHB) comme substance de réserve, et a été génétiquement modifié pour détourner le flux de carbone du PHB vers d’autres produits d’intérêt, tels que l’isopropanol. L’isopropanol est un produit chimique largement utilisé comme détergent ou additif dans les cosmétiques. Cet alcool a été choisi dans cette étude comme composé modèle non seulement pour son intérêt économique mais aussi car sa synthèse dans C. necator part d’intermédiaires métaboliques communs à la voie de synthèse de PHB. Sa toxicité envers la bactérie permet d’aborder également l’impact d’un produit inhibiteur. Les cultures autotrophes réalisées sur CO2/H2/O2 présentent un risque en termes de sécurité, car le mélange gazeux H2/O2, à des ratios supérieurs à 4 et 6 mol% respectivement, peut réagir pour former de l'eau dans une réaction hautement exergonique qui présente un risque explosif. Pour résoudre ce problème, il a été décidé de transférer l’H2 dans le milieu de culture à travers un contacteur membranaire, dispositif qui permet à une phase liquide d'entrer en contact avec une phase gazeuse sans se mélanger en utilisant la perméation à travers une membrane. Les membranes utilisées ici étaient des membranes à fibres creuses (HFM). L'hydrogène a été choisi comme gaz transféré à travers la membrane, tandis que les autres étaient apportés par bullage directement. Le choix a été fait car l’H2 est l'un des deux gaz concernés par le risque d'explosion, tout en étant beaucoup plus perméable que l'O2 à travers le polydiméthylsiloxane (PDMS), matériau composant les membranes étudiées ici. De plus, l'hydrogène est le plus cher des trois gaz, et ce système d'alimentation devrait limiter les pertes en H2. Ce système devrait permettre de maintenir un environnement gazeux pauvre en H2 éliminant tout risque d’explosion. Les résultats ont démontré que les contacteurs membranaires testés pouvaient fournir suffisamment d'hydrogène pour soutenir une croissance exponentielle du micro-organisme et sa production d'isopropanol, jusqu'à une concentration d'isopropanol de 1,38 g/L concomitante à une production d'acétone, co-produit de la synthèse d'isopropanol, de seulement 0,05 g/L. La concentration de biomasse, a atteint une valeur de 2,85 g/L. De plus, la concentration en hydrogène dans le ciel gazeux a été effectivement maintenue à des valeurs proches du seuil de sécurité par ce procédé. Ces résultats permettent de valider le concept initial. En comparaison, les cultures autotrophes réalisées dans le même bioréacteur mais sans contacteur membranaire, ont atteint une concentration d'isopropanol de 6,2 g/L, de biomasse de 9,9 g/L mais avec un taux d'hydrogène dans le ciel gazeux supérieure à 60 mol%. Le système membranaire a également été utilisé pour évaluer ses performances pour la seule croissance de C. necator, en utilisant une souche non productrice de PHB et permis d’atteindre une concentration finale de 10,1 g/L. Cette même souche a été utilisée dans cette étude pour caractériser une variété de systèmes de culture pour les cultures autotrophes. Ces systèmes comprenaient deux bioréacteurs gaz à TU Graz capables de fonctionner en toute sécurité dans des conditions potentiellement explosives et une série de bouteilles en verre Schott étanches à la pression, qui ont permis d'effectuer une optimisation des systèmes de culture autotrophes à petite échelle en termes de kLa, de concentration en oxygène dans le ciel gazeux et de rapport entre les volumes du milieu de culture et de ciel gazeux.

Informations techniques

Type de contenu : Text
Format : PDF

Informations complémentaires

Entrepôt d'origine :

STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises

Identifiant : 2024TLSEI031
Type de ressource : Thèse