Capture Du Co2 Par Des Mousses Aqueuses Chargées en Microalgues

**Capture du CO2 par des mousses aqueuses chargées en microalgues // CO2 capture by microalgae-laden aqueous foams**:

- Réf **ABG-131979**
**ADUM-65978**
- Sujet de Thèse
- 15/05/2025
- Université Grenoble Alpes
- Lieu de travail- Saint-Martin d'Hères Cedex - Auvergne-Rhône-Alpes - France
- Intitulé du sujet- Capture du CO2 par des mousses aqueuses chargées en microalgues // CO2 capture by microalgae-laden aqueous foams
- Champs scientifiques- Physique
- Mots clés- Matière molle, microfluidique, hydrodynamique
Soft Matter, microfluidics, fluid mechanics

**Description du sujet**:

- Une mousse aqueuse est facilement obtenue en mélangeant quelques molécules de surfactant, un peu de liquide et beaucoup de gaz. Il s'agit de systèmes auto-organisés et multi-échelles dans lesquels le liquide est réparti entre des films, des bords de Plateau et des nœuds, qui se trouvent respectivement à l'intersection de deux, trois et quatre bulles. Les mousses sont caractérisées par une faible densité, des propriétés rhéologiques inhabituelles et une surface spécifique élevée, qui est notamment utilisée dans le processus de flottation par mousse permettant de séparer des matériaux hydrophobes et hydrophiles en suspension dans un liquide [Can, Stev]. La pertinence du développement d'un procédé similaire pour des mélanges de gaz qui permettrait de séparer deux gaz de nature chimique différente, l'un restant dans la bulle tandis que l'autre serait solubilisé dans la phase aqueuse liquide, n'a jamais été quantifié avec succès, malgré quelques travaux prometteurs [Wat, Jan] et l'urgence des objectifs de réduction du CO2 dans l'atmosphère pour limiter le dérèglement climatique.
Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'étudier le potentiel des mousses aqueuses chargées en microalgues pour séparer le CO2 des autres gaz de l'atmosphère et le convertir en biomasse au sein de la mousse. La géométrie d'étude sélectionnée permet de combiner i) la grande surface spécifique des mousses qui assure une séparation du CO2 des autres gaz et ii) la capacité des microalgues à convertir le CO2 en biomasse via la photosynthèse. La géométrie d'étude permet un contre écoulement des deux intrants nécessaires à la photosynthèse, le CO2 étant apporté par les bulles, alors que les différents nutriments sont apportés via l'écoulement de la phase liquide.
Ce sujet soulève plusieurs questions. Tout d'abord, il faudra quantifier l'activité photosynthétique des microalgues dans les différents éléments de la mousse, notamment dans les films de savon dont l'épaisseur est du même ordre de grandeur que les algues. Ensuite, il faudra étudier comment les microalgues se distribuent dans les différents éléments de la mousse afin de répartir le liquide contenant les nutriments de façon optimale. Enfin il faudra quantifier l'efficacité du procédé en termes de capture et conversion du CO2 en biomasse. Pour répondre à ces questions, nous proposons une étude multi-échelle autour d'un film unique et d'une assemblée de films, organisés en 2D ou en 3D (mousse aqueuse). Ces études seront réalisées expérimentalement en utilisant les fonctionnalités offertes par la microfluidique ainsi qu'à plus grande échelle grâce à une cellule dédiée récemment développée au LIPhy et permettant de mesurer et contrôler la concentration en CO2 d'une atmosphère gazeuse et son humidité. Les résultats seront analysés via des approches en loi d'échelle, développement de modèles ou simulation numérique (type COMSOL) en collaboration avec des théoriciens et numériciens.

[Can] Cantat et al., Foams Structure and dynamics, Oxford University Press.
[Wat] Watsona et al. Carbon dioxide capture using Escherichia coli expressing carbonic anhydrase in a foam bioreactor Env. Tec. 37, 3186 (2016).
[Jan] Janoska et al. A liquid foam-bed photobioreactor for microalgae production Chem. Eng. J. 313, 1206 (2017)

Aqueous foams are easily obtained by mixing a few surfactant molecules, a little liquid and a lot of gas. These are self-organizing, multi-scale systems in which the liquid is distributed between films, Plateau edges and nodes, which lie respectively at the intersection of two, three and four bubbles. Foams are characterized by low density, unusual rheological properties and high specific surface area, which is notably used in the foam flotation process for separating hydrophobic and hydrophilic materials suspended in a liquid [Can, Stev]. The relevance of developing a similar process for gas mixtures, which would enable two gases of different chemical nature to be separated, one remaining in the bubble while the other is solubilized in the liquid aqueous phase, has never been successfully quantified, despite some promising work [Wat, Jan] and the urgency of atmospheric CO2 reduction targets to limit climate disruption.
In this context, the aim of this thesis is to study the potential of aqueous foams loaded with microalgae to separate CO2 from other atmospheric gases and convert it into biomass wi