Approches Lagrangiennes pour la modélisation et l’optimisation du couplage hydrodynamique-photosynthèse ; Lagrangian approach for modelling and optimization of coupled hydrodynamics-photosynthesis
Titel:
Approches Lagrangiennes pour la modélisation et l’optimisation du couplage hydrodynamique-photosynthèse ; Lagrangian approach for modelling and optimization of coupled hydrodynamics-photosynthesis
Anmerkungen:
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Beschreibung:
Les microalgues sont des micro-organismes photosynthétiques dont le potentiel a été mis en évidence au cours de la dernière décennie. Des applications peuvent être trouvées dans la production d’énergie renouvelable ou dans le traitement des eaux usées par exemple. Elles peuvent être utilisées dans beaucoup de produits commerciaux à haute valeur ajoutée comme par exemple dans l’alimentation, la pharmacie ou les cosmétiques. Néanmoins, trouver des conditions optimales pour la production des microalgues à grande échelle reste un défi en pratique. Les modèles mathématiques sont donc d’une grande aide pour mieux gérer ce système dynamique complexe et non linéaire. L’objectif de cette thèse est de mieux comprendre comment différents facteurs affectent la croissance des microalgues. Dans un premier temps, nous étudions l’influence de l’atténuation lumineuse et obtenons une condition d’optimalité pour maximiser la productivité. De cette façon, nous introduisons une productivité optique qui nous permet de caractériser la fonction d’extinction de la lumière optimale dans un cadre général. On trouve une profondeur optique optimale globale qui consiste à annuler le taux de croissance net des algues au fond des réacteurs pour maximiser la productivité optique. Cette étude nous permet de caractériser la productivité surfacique optimale dans certains cas particuliers, et de décrire le comportement asymptotique des autres cas dans certains régimes. On se limite ensuite à un réacteur spécifique, le raceway pond, qui est un bassin de circuit extérieur associé à une roue à aubes. Nous commençons par étudier un problème d’allocation de ressources issu de la redistribution de la ressource lumineuse aux algues par la roue à aubes. Un dispositif de mélange générique est envisagé pour affecter à chaque tour la ressource lumineuse aux algues qui se situent sur différentes couches dans le raceway. Nous déterminons les stratégies d’allocation optimales pour maximiser la croissance des algues. Dans une troisième partie, nous montrons ...