Experimental and numerical study of the hydrodynamics of an isolated bubble in non-Newtonian liquid phase in a thin gap bubble column

International audienceDevelopment of photobioreactors (PBR) for microalgae cultivation is a primary concern, keeping in mind the applicative potential of these photosynthetic microorganisms. For this purpose, optimization of culture parameters and PBRs design are the two possible solutions in order to obtain high volumetric productivities. The thin-gap intensified PBR allows to obtain these performances via an increase of culture concentration for a given illuminated surface. When compared with usual PBRs, the confinement results in a high change of the hydrodynamics and mass transfer[1]. To optimize these production systems, our study focuses on the characterization of local hydrodynamics in a 2D bubble column of 4 mm thickness (FIG. 1). Furthermore, it has been shown that the increase in cell concentration is accompanied by rheological properties modifications of the microalgae suspension. To mimic such high concentration of Chlorella vulgaris cultures which have non-Newtonian shear thinning behaviour at concentrations ranging from 30-40 g/L[2], solutions of Xanthan Gum (XG) and Carboxymethyl cellulose (CMC) are used respectively at the concentrations of 1 g/L and 2 g/L. In order to put forward the effect of the rheological behaviour, demineralized water is also used as a Newtonian fluid. In this preliminary work, the main purpose is to estimate the terminal velocity (V t) of an isolated bubble in this confined column. In fact, if the terminal velocity for an isolated bubble is modified due to wall effects, there will have consequences for hydrodynamics and mass transfer of the whole bubble column: for instance, bubble residence time or gas hold up will be modified[1]. B.Figueroa Espinoza et al. [3] reported the confinement effect for a single clean bubble, pointing out that the drag coefficient widely increases for oscillating bubbles rising in a Hele-shaw cell. The experimental part consists in studying the local hydrodynamics behaviour of isolated bubbles of different diameters for three liquid media: water, CMC and XG solutions. Capillaries tubes, having diameters (d c) of 0.127, 0.264, 0.508, 0.762 or 1.016 mm are used to generate isolated bubbles at different diameter sizes with the help of a low-pressure syringe pump (NEMESYS, GERMANY). Bubble injection is performed 7 cm away from the lateral wall which can be considered sufficient to avoid wall influence on the hydrodynamics of isolated bubble. Bubble size and instantaneous bubble velocity are estimated by a shadowgraphy method using the DANTEC DYNAMICS Shadow Strobe. These measurements are performed at mid height of the column, where bubble terminal velocities have been reached. The experimental terminal velocities for different bubble diameters (d b) in water, CMC and XG liquid media are reported in Table 1 and plotted in FIG. 2(a). Water measurements are also compared to the correlation established by M.Jamialahmadi et al.[4] and the data of R.Clift et al. [5] which concern isolated bubble in pure water in infinite liquid medium (FIG. 2(b)). It is found that for an isolated bubble rising in quiescent liquid, with a diameter lower than 4 mm, the terminal velocity is divided by V t ratio between 1.2 and 1.6 for water. Besides this in non-Newtonian solutions, for lower bubble diameters the terminal velocity is less than water medium and as the bubble diameter increases it becomes constant this phenomena was also experienced by Shahram Amirnia et al.[6]. In parallel to experiments, a numerical study is performed to characterize the behaviour of one single bubble in the confined space between two walls in Newtonian and Non-Newtonian media. Simulations are performed with academic Ansys Fluent 17.2 solver using volume of fluid (VOF) method for interface tracking along with continuum surface Force (CSF) model to treat surface tension. Firstly, mesh independency verification has been performed by 2D and 3D simulations of a 3 mm diameter bubble in infinite medium. These results have been validated with the results of F.Bertola et al.[7](FIG.2(b)). Thereafter the same confined geometry as experimental setup has been adopted to simulate the bubble diameters determined experimentally. Numerical results are reported in FIG. 2(b) and seem to be in good agreement with the experiments results (FIG 2(b))

OPTIMISATION DE L'HYDRODYNAMIQUE DANS DES PHOTOBIOREACTEURS A HAUTE PRODUCTIVITE VOLUMIQUE POUR EVITER LE DEVELOPPEMENT DE BIOFILM

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Emulsification en continu avec un microsystème en vue de l'encapsulation d'antioxydants

National audienceRESUME Cette étude porte sur une problématique qui intéresse le secteur des compléments alimentaires et celui de la santé. Des chercheurs ont récemment développé un protocole [1] permettant une extraction et une « encapsulation » par émulsification d'antioxydants naturels (astaxanthine,  carotènes ou lycopènes), pour la plupart issus de microalgues, basées sur l'emploi de molécules plus respectueuses de l'environnement et peu couteuses. Ce protocole est à ce stade réalisé manuellement, en réacteur batch et met en jeu des petits volumes. Il serait intéressant de le transposer vers un procédé fonctionnant en continu permettant de traiter des volumes plus importants, de manière plus reproductible et en limitant le contact de la phase lipidique avec l'oxygène. L'idée proposée ici est de mettre en oeuvre un micromélangeur [2] développé par les laboratoires GEPEA et LTeN afin d'étudier son potentiel vis-à-vis de ce type d'application. Ce type de micromélangeur (Figure 1), basé sur un mélange intime des fluides dans un volume très réduit (< 1mL) et avec un temps de séjour très faible (de l'ordre de la milliseconde), peut être une solution intéressante au regard des contraintes liées à cette application. Les débits maximaux atteints par ce dispositif sont de l'ordre de 600 mL/min ce qui est compatible avec une production à pteite ou moyenne échelle. D'autre part, s'agissant de la perspective de l' « usine du futur », la mise en oeuvre de systèmes intensifiés s'inscrit dans une dynamique de développement de procédés miniaturisés et globalement plus économes en énergie. Cette étude se concentre dans un premier temps sur des tests de formulation et d'émusification à l'échelle paillasse avec un système fonctionnant en batch, de type rotor-stator, en faisant varier divers paramètres tels que la vitesse et le temps de rotation du rotor, les proportions des deux phases et la composition de celles-ci. Cette première phase de l'étude permet d'affiner le choix de formulations d'émulsions de type huile dans eau offrant une bonne stabilité. Des essais sont ensuite menés avec le micromélangeur sur les formulations les plus intéressantes vis-à-vis de l'application visée. Les émulsions ainsi obtenues avec les deux systèmes sont alors comparées en termes de distribution granulométrique et de stabilité au cours du temps. Dans un dernier temps, l'étude s'intéresse à l'incorporation de  carotènes dans la formulation avec en particulier l'évaluation de l'efficacité de rétention des  carotènes dans la phase lipidique et l'étude de la stabilité chimique des émulsions obtenues. MOTS-CLES DU THEME Procédés émergents, Microprocédés, Microfluidique. MOTS-CLES LIBRES Emulsion, Fractionnement, procédé continu, antioxydan

PRIAM : Technologie de rupture pour une production contrôlée et intensifiée de microalgues. Etude de l'hydrodynamique en vue d'éviter le développement de biofilm dans de tels systèmes intensifiés

International audienceDepuis quelques années, les microorganismes photosynthétiques (microalgues et cyanobactéries) offrent un potentiel de valorisation et de développement important dans de nombreux domaines d'applications (cosmétique, pharmaceutique [1], [2], nutraceutique, complément alimentaire, énergie, captage de CO 2 , etc.). Cependant, leur production requiert un développement de technologies spécifiques fournissant les conditions nécessaires à la croissance photosynthétique. De nombreuses avancées ont été réalisées ces dernières années dans l'ingénierie de tels systèmes, permettant de proposer des solutions innovantes pour la conception de technologies de rupture adaptées à la production industrielle contrôlée et intensifiée de microalgues [3], [4]. C'est dans ce contexte que PRIAM a été développé pour atteindre des performances exceptionnelles par rapport aux systèmes existants (Tableau 1). PRIAM est un photobioréacteur plan avec illumination volumétrique interne (panneau double face lumineux Lightex®). Il a été conçu en intégrant les dernières avancées scientifiques dans l'ingénierie des photobioréacteurs, tout en répondant aux attentes spécifiques d'un développement biotechnologique des microalgues, nécessitant des unités de production modulaires (10 à 1000 L) à productivité constante et satisfaisant de fortes contraintes de contrôle et de robustesse. Le concept de la technologie PRIAM qui vise la production contrôlée de microorganismes photosynthétiques, tout en ayant une productivité élevée (4 kg/m 3 /jour de biomasse sèche) est particulièrement adapté à la production industrielle de molécules à haute valeur ajoutée. Ce développement a débouché sur la création de la start-up Algolight, qui cible les applications du domaine de la santé humaine, secteur ayant besoin de produire des microalgues de manière contrôlée et intensifiée. Dans ce type de photobioréacteur intensifié, l'un des verrous majeurs est l'hydrodynamique, qui doit être optimisé en raison du confinement et de l'augmentation de la viscosité de la culture à haute concentration cellulaire, viscosité qui peut avoir un comportement non newtonien pour certaines souches de microalgues comme c'est le cas de Porphyridium cruentum (Fig. 1); le transfert gaz-liquide doit être maitrisé pour que le dioxyde de carbone ne soit pas limitant pour la croissance des microorganismes photosynthétiques et pour qu'il n'y ait pas d'accumulation de dioxygène [6] ; ainsi que de formation de biofilm. Cette présentation a pour objectif de présenter cette technologie de rupture et d'apporter des réponses aux problématiques d'hydrodynamique en optimisant notamment l'injection de gaz sur une solution modèle se rapprochant de Porphyridium et des transferts gaz-liquide pour l'aspect biofilm en travaillant en conditions réelles

Induction of labor with Foley catheter and risk of subsequent preterm birth : follow‐up study of two randomized controlled trials (PROBAAT‐1 and ‐2)

Acknowledgements We thank all the women who participated in the PROBAAT trials and all participating institutions and their staff for their contribution to this follow-up study. Funding The original PROBAAT-2 trial was funded by FondsNutsOhra. For the PROBAAT-1 trial and this follow-up study, no funding was received. MV received a doctoral grant for teachers by the Netherlands Organisation for Scientific Research (023.011.051). BM is supported by a NHMRC Practitioner Fellowship (GNT1082548). Funding sources had no role in design, execution, analyses, interpretation, or decision to submit results.Peer reviewedPublisher PD

Induction of labor with Foley catheter and risk of subsequent preterm birth: follow-up study of two randomized controlled trials (PROBAAT-1 and -2)

Objective: To evaluate the rate of preterm birth (PTB) in a subsequent pregnancy in women who had undergone term induction using a Foley catheter compared with prostaglandins. Methods: This was a follow-up study of two large randomized controlled trials (PROBAAT-1 and PROBAAT-2). In the original trials, women with a term singleton pregnancy with the fetus in cephalic presentation and with an indication for labor induction were randomized to receive either a 30-mL Foley catheter or prostaglandins (vaginal prostaglandin E2 in PROBAAT-1 and oral misoprostol in PROBAAT-2). Data on subsequent ongoing pregnancies > 16 weeks’ gestation were collected from hospital charts from clinics participating in this follow-up study. The main outcome measure was preterm birth 16 weeks' gestation in the Foley catheter and prostaglandin groups, respectively. There were no differences in baseline characteristics between the groups. The overall rate of PTB in a subsequent pregnancy was 9/251 (3.6%) in the Foley catheter group vs 10/258 (3.9%) in the prostaglandin group (relative risk (RR), 0.93; 95% CI, 0.38–2.24), and the rate of spontaneous PTB was 5/251 (2.0%) vs 5/258 (1.9%) (RR, 1.03; 95% CI, 0.30–3.51). Conclusion: In women with term singleton pregnancy, induction of labor using a 30-mL Foley catheter is not associated with an increased risk of PTB in a subsequent pregnancy, as compared to induction of labor using prostaglandins

New Physico-Chemical Regeneration Process of CIP Solutions

International audienceThe regeneration of Cleaning In Place (CIP) solutions presents an increasing interest for chemical industries (food, cosmetic and textile sectors) and sewage treatment plants. This study was designed to present a new regeneration method of CIP solutions combining sequences of adsorption-coagulation-flocculation processes, coupled with a physical separation by decantation. The chemical nature of effluents (strongly acidic or alkaline pHs) and the extreme temperatures (70 °C to 75 °C) do not allow the application of reactants commonly used in water purification by physicochemical treatment. The application of clays in the treatment and the purification of effluents from the CIP process present an innovative alternative to reduce energy costs and environmental impact of this operation due to the regeneration and the recycling of these effluents during the cleaning process. Several treatment conditions were tested on soiled CIP solutions, such as the temperature, the ionic strength, the reactants concentration and the pH of the medium. The physicochemical characteristics of solutions resulting from several regeneration cycles were determined in order to assess the efficiency of the treatment process and to identify its impact on the CIP solutions

Effect of a new regeneration process by adsorption-coagulation and flocculation on the physicochemical properties and the detergent efficiency of regenerated cleaning solutions

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Traitement des sargasses par carbonisation hydrothermale et production d'un biofilm de microalgues sur hydrochar

International audienceLes échouements massifs de sargasses dans les Caraïbes induisent des nuisances importantes et présentent un impact économique, environnemental mais aussi de santé sur tous les territoires concernés (Berline et al 2020). Des travaux antérieurs (Davis et al 2000) ont montré que la principale contamination des sargasses est leur teneur en Arsenic à des taux moyens de 80 mg/kg de matière sèche (MS) incompatibles avec une utilisation sous forme d’amendement. L’étude d’un procédé de valorisation des sargasses nécessite de prendre en compte la présence de ce contaminant. Le procédé de carbonisation hydrothermale constitue un candidat potentiel à la valorisation (Sangare et al. 2021) avec l’hypothèse d’un transfert de l’arsenic de la biomasse à la phase aqueuse pendant le traitement. Il s’effectue sur matière humide en présence d’eau à températures élevées comprises entre 180 et 350°C et sous pression 40 bars. Il en résulte une solution aqueuse, un solide hydrochar et un gaz essentiellement constitué de CO2. L’étude de valorisation des sargasses est constituée de deux parties : l’une concerne l’application de la carbonisation hydrothermale (HTC), la seconde est destinée à évaluer les potentialités des hydrochars comme supports de biofilm de microalgues. La biomasse étudiée a été fournie par l’entreprise HOLDEX environnement comprennent de la bagasse et des sargasses. Le dosage d’As par ICP-AES est effectué aux différentes étapes de traitement.Les expériences de traitement hydrothermal HTC ont été effectuées sur des échantillons 100% bagasse et 100% sargasses dans des conditions similaires à des fins de comparaison. Les échantillons sont introduits dans le réacteur selon 10% MS et 90% eau. La température et le temps de résidence sont indiqués dans le tableau 1 qui comporte le rendement en solide (hydrochar), la chaleur spécifique du solide et la teneur en carbone organique de la phase aqueuse. Concernant la bagasse, on retrouve ici le comportement attendu d’une biomasse cellulosique. Nous observons un effet négatif de l’augmentation de température et de durée sur le rendement massique. Les résultats obtenus avec les sargasses illustrent la différence de composition et de structure de l’algue par rapport au déchet végétal de bagasse. Le rendement massique des sargasses est plus faible et le PCS est 30% inférieur à celui des bagasses. Une part importante du carbone passe en phase liquide d’où un rendement massique de biochar plus faible. La présence de sels et éventuellement de sable qu’on retrouve dans la phase solide se traduit mécaniquement par une diminution du pouvoir calorifique de l’hydrochar.La teneur en As de la sargasse séchée est de 53,45 mg/kgMS. Le traitement HTC à 200°C, 3H sous 40 bars conduit à une répartition As de 45% dans la phase aqueuse et 55% dans l’hydrochar ; correspondant à une concentration en As de 55,8 mg /kgMS dans l’hydrochar compte tenu du rendement ; teneur au-delà des limites autorisées pour amendement selon la norme NF U44-095 (Mai 2002).La culture de microalgue Chlorella Vulgaris sur biochar vise à vérifier si les microalgues peuvent résister à la concentration en As présente dans le biochar et s’il est possible de développer un biofilm microagal sur ce support. Les cultures ont été effectuées dans des erlenmeyers de 1 L sous agitation avec un barreau aimanté, durant 15 jours à 21°C, sous 75 μmol.m-2.s-1 en luminosité, dans un milieu de culture BBM. Les données de croissance de microalgues en fonction du support de biofilm sont reportées Fig. 1. Il est montré que toutes les conditions testées ont conduit à une croissance de microalgues même quand le support est l’hydrochar issu de 100% de sargasse.La mesure d’As a été effectuée sur un lot de Sargasses à 73 mg/kg MS ; l’hydrochar de sargasse 100% contient 104 mgAs /kgMS alors que celui issu du traitement du mélange de Bagasse 70%/sargasse 30% présente un taux d’As de 19,2 mg /kgMS avec un transfert d’une partie de l’As dans la phase liquide. Après culture de microalgues l’As se retrouve réparti entre les 3 phases que sont le biofilm sur biochar, le milieu de culture et les microalgues. Pour une culture sur biochar de Sargasses initialement à 104 mg As /kgMS, l’As est retrouvé à des teneurs de 35,5- 18,7– 69,6 mg As/kgMS dans chaque phase respectivement