Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Photobioréacteur à substrat poreux“

Un modèle numérique d’écoulements de solution saline dans un milieu poreux saturé, représentant le substrat de culture parallélépipédique, a été développé pour rendre compte des résultats de visualisations par colorants et prédire l’évolution de la concentration de la solution en chaque point du substrat. Une superposition de puits et de sources a permis de traiter analytiquement le problème de Darcy correspondant à une injection ponctuelle et un point de drainage localisé et elle a donné une illustration des lignes de courant, du champ de vitesse ainsi que la forme du bulbe d’irrigation. Pour interpréter le phénoméne de l’élution de la solution ancienne par l’apport de solution nouvelle, l’équation de Navier-Stokes associée à une équation de dispersion a été résolue.

Un réacteur de 10 litres, automatisé pour la culture continue en anaérobiose de bactéries photosynthétiques, a été réalisé et mis au point. Ce réacteur parfaitement agité a été utilisé dans différentes conditions de fonctionnement en système fermé (batch), en système semi-ouvert (atouts de substrats concentrés en discontinu), en système ouvert (chémostat) avec et sans recyclage de la biomasse, afin d'étudier la consommation, par les bactéries, d'un substrat carboné, le lactate. La production d'hydrogène par la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus, souche B10, résultant de la dégradation du lactate, est optimale pour des cultures en continu diluées, limitées en source azotée. Ainsi, à un taux de dilution de 0,04 h-1, avec 5 mM glutamate dans le milieu nutritif, la densité bactérienne étant de 2,1 è 660 nm, on a observé une production continue moyenne de 65 ml • h-1• l-1 pendant une période de 200 heures. Pour des concentrations bactériennes élevées, la limitation d'énergie lumineuse entrain une perte d'activité nitrogénase et, de ce fait, une chute de la production d'hydrogène.

En vue d'optimiser l'aération de substrats liquides à forte charge organique dissoute, un système d'aération fonctionnant selon te principe du "cheminement prolongé" a été conçu et construit à l'échelle pilote (3 000 L). Le principe mis à l'essai consiste à injecter de l'air à la base de longs tuyaux enroulés. La dynamique hydraulique du système à cheminement prolongé a été caractérisée. Un système d'aération plus conventionnel, soit un injecteur d'air de type poreux, a été utilisé comme base de comparaison. Les performances d'oxygénation des deux systèmes ont été mesurées dans l'eau, sous les mêmes conditions, puis comparées entre elles et aux valeurs rapportées dans la littérature pour d'autres systèmes. Les principaux résultats montrent que le coefficient de transfert d'oxygène (KL.a) est bon à l'intérieur des tuyaux de l'aérateur à cheminement prolongé (jusqu'à 230 h-1). Le nouveau prototype démontre également une forte capacité d'emprisonnement de l'air puisque le gonflement atteint 20 %. Finalement, de bonnes efficacités énergétiques ont été obtenues : des valeurs brute de 1.9 kg O2/kWh et nette de 9.2 kg O2/kWh ont été atteintes. Le prototype, tel que construit, a offert des performances. d'oxygénation globales similaires à cettes démontrées par l'injecteur d'air de type poreux, le volume interne des tuyaux, qui présente un intérêt particulier pour le transfert d'oxygène, ne représentant que 26 % du volume liquide total. L'optimisation de l'aérateur à cheminement prolongé passe donc par l'accroissement maximal du volume interne des tuyaux par rapport au volume liquide total. Cette mesure se traduirait par une augmentation de la capacité d'oxygénation totale et des efficacités physique et énergétique du transfert d'oxygène, ainsi que par une diminution des puissances spécifiques requises. Les performances du système à cheminement prolone dans un liquide chargé en substrat organique restent à étudier, mais les résultats préliminaires obtenus dans l'eau du robinet sont encourageants.

Les travaux de recherche menés dans cette thèse s’inscrivent dans le cadre de la réalisation de la technologie cellule solaire intégrée (i-Cell), qui est une technologie innovante de fabrication de cellules solaires à hauts rendements de conversion et à bas coût de production. L’i-Cell consiste en la réalisation de plusieurs cellules élémentaires ou sous-cellules, en feuilles minces de silicium cristallin purifié, qui sont connectées en série sur un substrat de Si fritté bas coût. La technologie i-Cell permet en effet la réduction du coût de la plaquette grâce à la faible épaisseur des feuilles de silicium et grâce à l’utilisation de substrats issus du frittage de poudres de silicium. Dans une telle structure la fonction photovoltaïque est assurée par la feuille mince de surface alors que le transport du courant et la fonction mécanique sont gérés par le substrat fritté ce quipermet de réduire les coûts de fabrication de la cellule. En effet, à l’instar des couches minces, on peut décomposer la couche active en cellules de faibles surfaces et ainsi produire sur une surface standard (156 x 156 mm²), une cellule dans laquelle circule un faible courant qui permet de réduire fortement la consommation des métaux précieux au sein de la cellule (Argent) et entre les cellules du module (Cuivre). En outre, la configuration des cellules à i-Cell permet de s’affranchir des busbars en Ag traditionnellement utilisés dans les technologies silicium. Ceci présente l’avantage d’éviter le masquage de la lumière et donc d'augmenter la puissance de la cellule. Ce travail de thèse s’articule sur deux axes de recherche principaux. Le premier est orienté sur l’étude de la cinétique d’oxydation thermique de substrats de silicium frittés poreux. Le deuxième axe concerne la réalisation du substrat fritté intégré et la réalisation des premiers prototypes d’i-Cells sur ces derniers. Ce travail a permis de démontrer la faisabilité de l’i-Cell et de réaliser des prototypes d’i-Cell sur le substrat fritté intégré. Des rendements de conversion PV supérieurs à 18% ont été ainsi obtenus
The research work conducted in this thesis are within the framework of the realization of the integrated solar cell technology (i-Cell), which is an innovative solar cell technology with a high conversion efficiency and a low cost production. The i-Cell consists of the realization of several elementary cells or sub-cells, in purified crystalline silicon thin foils, which are connected in series on a low cost sintered silicon substrate. In fact, the i-Cell technology allows the reduction of the cost of the wafer thanks to the low thickness of the silicon foils and through the use of substrates obtained from the sintering silicon powders. In such a structure, the photovoltaic function is provided by the thin purified Si foil on the surface. Whereas both the current transport and the mechanical function are provided by the sintered silicon substrate – thin allows to reduce the cell manufacturing costs. In fact, just like thin films, we can decompose the active layer in small cell surfaces and thus produce, on a standard surface (156 x 156 mm²), a low current cell that greatly reduces the consumption of precious metals within the cell (Silver) and between the cells within the module (Copper). Furthermore, the configuration of cells in the i-Cell technology permits to eliminate the use of Silver busbars traditionally used in the Si solar cell technologies. This offers the advantage of avoiding the masking light and thus increases the power of the i-Cell. This thesis work focuses on two main axes of research: The first axis relates to the study of the kinetics of thermal oxidation of porous sintered silicon substrates. The second axis of research focuses on the realization of the “integrated sintered substrates”, which consists of the realization of local conductive zones on the insulating porous sintered substrate, and the fabrication of the first i-Cells prototypes on them. This work demonstrated the feasibility of i-Cell and produced prototypes of i-Cell on the integrated sintered substrate. High photovoltaic conversion efficiencies, greater than 18%, were obtained

L'objectif était d'élaborer, par voie sol-gel, des catalyseurs supportés, stables en température (< 700°C). Les deux oxydes supports étudiés ont été le dioxyde de titane TiO2 et l'oxyde mixte de zircone-cérine Zr0. 5Ce0. 5O2. L'étude a porté principalement sur la synthèse d'un oxyde support possédant un rapport surface sur volume et une porosité élevés. A partir de sols stables d'oxydes, nous avons mis en évidence l'intérêt de former des particules nanométriques et de stabiliser la phase anatase de l'oxyde TiO2 pour conserver des domaines cristallisés de petite taille. Nous avons également montré l'influence d'un polymère ajouté dans le sol qui permet de limiter les phénomènes de frittage et d'augmenter la porosité du matériau. Les travaux effectués sur l'oxyde Zr0. 5Ce0. 5O2 ont mis en évidence le rôle des interactions entre particules sur l'assemblage lors de la gélification et après calcination du matériau, ces interactions étant dépendantes du milieu dans lequel les particules se trouvent (pH, force ionique). Afin d'inhiber le phénomène de frittage, des particules d'alumine ont été incorporées comme barrières stériques entre les particules de zircone-cérine. Nous avons défini divers systèmes pour lesquels les interactions entre particules sont différentes, afin d'élaborer un empilement poreux à haute surface spécifique. A partir de la mesure des tailles de particules et des mesures de porosité, nous avons proposé des modèles d'empilement. En ajoutant les précurseurs métalliques adéquats, nous avons préparé différents types de catalyseurs métalliques (Rh, Ru, Pt). Nous avons mis au point différentes formulations afin d'obtenir des revêtements catalytiques adhérents sur un substrat métallique. Les catalyseurs ont ensuite été testés pour la réaction d'oxydation totale du CO. Les meilleures activités ont été mesurées pour le Pt déposé sur l'oxyde Zr0. 5Ce0. 5O2
The aim of the study was to elaborate metallic supported catalysts by sol-gel route stable at high temperature (< 700°C). Both oxydes TiO2 and Zr0. 5Ce0. 5O2 have been studied. The study was mainly to synthesize an oxyde used as support and having a high surface and a high porosity. From stable colloïdal sols, we pointed out the interest to perform nanometric particles and to stabilize TiO2 anatase phase in order to keep small size cristallized domains. The influence of a polymer has been shown to decrease the sintering phenomenon and so to increase the porosity of the oxyde. Interactions between particles in sols are of great importance because they involve particular stacking of the particles during gelification and after calcination. The interactions between particles are different according to the ionic strength and pH of the medium. In order to decrease the sintering phenomenon, alumina nanoparticles have been added and used as steric barriers between ceria-zirconia particles. We defined several systems of interactions to elaborate a porous stacking with a high surface area. Particles size and porosity analysis have been performed to suggest stacking models. Several catalysts have been prepared using Rh, Ru, Pt according to different formulations in order to obtain adherent catalytic films deposited onto stainless steel substrate. Then, catalysts have been tested for complete CO oxidation reaction and best results have been measured for Zr0. 5Ce0. 5O2 - Pt deposited catalyst

Le travail de cette thèse porte sur la réalisation de substrats SERS (Surface Enhanced Raman Scattering) pour la détection d'espèce chimiques et biologiques. Il s'agit de mettre en place des méthodologies utilisant comme surface de départ celle d'une couche poreuse de silicium et un effet de Plasmon de surface induit par la présence d'un métal noble en général. Les spécificités des couches poreuses qui sont d'une part une rugosité nanométrique et d'autre part une porosité et donc une surface interne modulable ont une incidence directe sur la sensibilité de détection de molécules cibles. Nous avons développé dans ce manuscrit de thèse différentes méthodes d'élaboration de substrats SERS à base de couches poreuses de silicium. Nous avons envisagé deux voies, la première se base sur l'utilisation des nanoparticules d'or en solution colloïdale. La deuxième voie, plus originale, utilise le dépôt d'or par pulvérisation cathodique sur une couche poreuse préparée sur la face rugueuse de silicium. Des résultats SERS intéressants, concernant la détection de molécules chimique (Rhodamine 6G) et biologique (Albumine Sérum Bovin), ont été décrits et expliqués permettant d'envisager diverses solutions afin de les optimiser
The work of this thesis focuses on the realization of SERS substrates (Surface Enhanced Raman Scattering) for the detection of chemical and biological species. This is to implement the methodologies using as the starting surface of a porous silicon layer and a surface Plasmon effect induced by the presence of a noble metal in general. The specificities of the porous layers which are firstly a nanometer roughness and secondly a porosity and therefore an inner surface have a direct impact on the target molecule detection sensitivity. We have developed in this PhD thesis different substrates development methodologies SERS-based on porous silicon layers. We considered two ways, the first is based on the use of gold nanoparticles in colloidal solution. The second route, more original, uses the deposition of gold by sputtering on a porous layer prepared on the rough side of a silicon wafer. Interesting SERS results regarding the detection of chemical (Rhodamine 6G) and biological (Bovin Serum Albumin) molecules, have been described and explained for considering various solutions to optimize them

L'objectif premier de ce projet est la mise au point de procédés de fabrication microélectroniques/microtechnologiques compatibles avec l'utilisation d'un support papier. Pour cela, des techniques comme l'évaporation thermique sous vide, la photolithographie, l'électrodéposition et l'anodisation d'aluminium ont été développées et adaptées à ce support. Des bancs de caractérisations structurels, électriques et flexibles ont été aussi mis en œuvre pour étudier la fiabilité des couches déposées sur un tel substrat. En application, un capteur d'humidité à base d'oxyde d'aluminium flexible a été fabriqué et les tests en humidité ont montré d'excellents résultats permettant de valider le travail effectué
The primary objective of this project is the implementation of microelectronics/microtechnology processes compatible with the use of paper-based substrate. For this purpose, techniques such as thermal vacuum evaporation, photolithography, electroplating and anodizing aluminum have been developed and adapted to this substrate. Structural, electrical and flexible characterizations benches have also been implemented to study the reliability of the layers deposited on such substrate. A moisture sensor based on flexible aluminum oxide was made and humidity tests have shown excellent results which validate the work

Les préoccupations actuelles de protection de l’environnement et de la santé publique se focalisent sur la qualité de l’air dans l’industrie, les villes et foyers domestiques. De nos jours, les capteurs de gaz sur papier présentent un intérêt croissant au vu de leur faible coût, leur biodégradabilité, leur flexibilité, et leurs applications dans les textiles, les pansements et les emballages intelligents.L’oxyde de graphène (GO) est un dérivé du graphène qui présente des propriétés électriques, mécaniques et thermiques exceptionnelles. Ce matériau est très prometteur pour le développement de capteurs de gaz peu chers et fonctionnant à température ambiante.Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif d’intégrer une couche sensible d’oxyde de graphène dans un papier poreux pour la détection de gaz. La première partie de ce travail est consacrée à la mise au point et à l’optimisation d’un processus de fabrication et de fonctionnalisation de capteurs capacitifs poreux sur papier. Un nouveau processus de réduction locale d’oxyde de graphène sur papier en électrodes est également introduit. Il s’agit de la thermocompression, économique et compatible avec la fabrication grande échelle.La seconde partie du travail porte sur l’étude des propriétés de détection d’humidité et d’ammoniac des capteurs. L’oxyde de graphène sur papier, présente une sensibilité élevée à l’ammoniac, l’humidité étant un gaz interférent. La réduction locale du GO en électrodes, et sa fonctionnalisation par de l’oxyde de zinc augmentent la sensibilité et la sélectivité des capteurs à l’humidité. Les capteurs fabriqués sont répétables, stables, reproductibles et flexibles
Current concerns for environmental protection and public health focus on air quality in industries, cities and households. Nowadays, paper-based gas sensors are of increasing interest due to their low cost, biodegradability, flexibility and applications in e-textiles, e-dressings and e-packaging.Graphene oxide is a derivative of graphene with exceptional electrical, mechanical and thermal properties. Graphène oxide is a promising material for the development of low-cost room temperature gas sensors.In this context, this thesis aims to integrate a graphene oxide sensing layer inside a porous paper substrate for humidity and ammonia detection. The first part of this work focuses on the fabrication, functionalization and optimization of capacitive porous gas sensors on paper. A new local reduction process of graphene oxide into electrodes is introduced. The process is hot-plating, a low cost technique compatible with large scale productionThe second part of this work studies the humidity and ammonia sensing capabilities of the sensors. Graphene oxide on paper exhibits a high sensitivity towards ammonia, with humidity as an interfering gas. The local reduction of graphène oxide into electrodes, and its functionalization with zinc oxide increased the sensitivity and selectivity of the device towards humidity. The fabricated sensors exhibit a good repeatability, reproducibility and flexibility