Kuumailmapolttolaitteiston numeerinen virtausmallinnus

Tämä diplomityö perustuu Lappeenrannan teknillisen yliopiston Uusiutuvien energiajärjestelmien laboratorion koelaitteistoon, jolla tutkitaan voimakkaan savukaasunkierrätyksen ja kuumailmapolton soveltuvuutta pienen kokoluokan energiantuotantoprosesseihin. Työn teoriaosassa esitellään tavanomaisesta palamisesta eroavaa kuumailmapolttoa ja tarkastellaan sen ominaisuuksia. Myös työssä käytetyn tutkimusmenetelmän, numeerisen virtauslaskennan, periaatteita ja ominaisuuksia tarkastellaan. Työssä tutkitaan numeerisella virtausmallinnuksella kuumailmapolttolaitteiston virtauskentän käyttäytymistä, kun takaisin tulipesään kierrätettävän savukaasun määrä sekä tulipesän lämpöhäviöiden suuruus vaihtelevat. Virtauskentän tarkastelu on tärkeää, sillä palamisilman ja kierrätetyn savukaasun täytyy sekoittua kuumailmapolton aikaansaamiseksi. Työn virtausmallinnus suoritettiin Finflo-virtausratkaisijalla kaksiulotteisena palamisreaktioita mallintamatta. Vaikka työssä käytetyt mallit olivat kaksiulotteisia ja niissä käytettiin yksinkertaistuksia, virtausten käyttäytymisestä tulipesässä saatiin olennaista tietoa, jota voidaan mahdollisesti hyödyntää jatkotutkimuksissa.

Development of chemical looping combustion process

Chemical looping combustion (CLC) provides a promising technology to help cut carbon dioxide emissions. CLC is based on separated oxidation and reduction processes. Oxygen carrier, which is made from metal and supporting material, is in continuous recirculation between the air and fuel reactors. The CLC process does not require separation unit for carbon dioxide. The fuel reactor can produce an almost pure carbon dioxide feed which decrease costs of carbon capture and storage (CCS). The CLC method is one of the most promising ones for energy efficient carbon capture. A large amount of literature was examined for this study and from it the most promising methods and designs were chosen. These methods and designs were combined as reactor system design which was then sized during the making of this thesis. Sizing was done with a mathematical model that was further improved during the study.

Monitoring of centrifugal pump operation by a frequency converter

Centrifugal pumps are widely used in industrial and municipal applications, and they are an important end-use application of electric energy. However, in many cases centrifugal pumps operate with a significantly lower energy efficiency than they actually could, which typically has an increasing effect on the pump energy consumption and the resulting energy costs. Typical reasons for this are the incorrect dimensioning of the pumping system components and inefficiency of the applied pump control method. Besides the increase in energy costs, an inefficient operation may increase the risk of a pump failure and thereby the maintenance costs. In the worst case, a pump failure may lead to a process shutdown accruing additional costs. Nowadays, centrifugal pumps are often controlled by adjusting their rotational speed, which affects the resulting flow rate and output pressure of the pumped fluid. Typically, the speed control is realised with a frequency converter that allows the control of the rotational speed of an induction motor. Since a frequency converter can estimate the motor rotational speed and shaft torque without external measurement sensors on the motor shaft, it also allows the development and use of sensorless methods for the estimation of the pump operation. Still today, the monitoring of pump operation is based on additional measurements and visual check-ups, which may not be applicable to determine the energy efficiency of the pump operation. This doctoral thesis concentrates on the methods that allow the use of a frequency converter as a monitoring and analysis device for a centrifugal pump. Firstly, the determination of energy-efficiency- and reliability-based limits for the recommendable operating region of a variable-speed-driven centrifugal pump is discussed with a case study for the laboratory pumping system. Then, three model-based estimation methods for the pump operating location are studied, and their accuracy is determined by laboratory tests. In addition, a novel method to detect the occurrence of cavitation or flow recirculation in a centrifugal pump by a frequency converter is introduced. Its sensitivity compared with known cavitation detection methods is evaluated, and its applicability is verified by laboratory measurements for three different pumps and by using two different frequency converters. The main focus of this thesis is on the radial flow end-suction centrifugal pumps, but the studied methods can also be feasible with mixed and axial flow centrifugal pumps, if allowed by their characteristics.

Performance of an anaerobic-aerobic reactor and kinetic study of organic matter removal of cattle slaughterhouse effluent

This paper sought to evaluate the behavior of an upflow Anaerobic-Aerobic Fixed Bed Reactor (AAFBR) in the treatment of cattle slaughterhouse effluent and determine apparent kinetic constants of the organic matter removal. The AAFBR was operated with no recirculation (Phase I) and with 50% of effluent recirculation (Phase II), with θ of 11h and 8h. In terms of pH, bicarbonate alkalinity and volatile acids, the results indicated the reactor ability to maintain favorable conditions for the biological processes involved in the organic matter removal in both operational phases. The average removal efficiencies of organic matter along the reactor height, expressed in terms of raw COD, were 49% and 68% in Phase I and 54% and 86% in Phase II for θ of 11h and 8h, respectively. The results of the filtered COD indicated removal efficiency of 52% and k = 0.0857h-1 to θ of 11h and 42% and k = 0.0880h-1 to θ of 8h in the Phase I. In Phase II, the removal efficiencies were 59% and 51% to θ of 11h and 8h, with k = 0.1238h-1 and k = 0.1075 h-1, respectively. The first order kinetic model showed good adjustment and described adequately the kinetics of organic matter removal for θ of 11h, with r² equal to 0.9734 and 0.9591 to the Phases I and II, respectively.

PV-1: Leukocyte trafficking molecule and vascular marker

The distinction between lymphatic vessels and blood vessels is a crucial factor in many studies in immunology, vascular biology and cancer biology. They both share several characteristics and perform related, though different functions. They are equally important for the performance of the human immune system with the continuous recirculation of leukocytes from the tissues via lymphatics to the blood vessels and back into the tissue presenting the link between both systems. This study was undertaken to elucidate the differences in the gene expression between primary blood- and lymphatic endothelial cells as well as the two immortalized cell lines HMEC-1 (human microvascular endothelial cell line 1) and TIME (telomerase immortalized microvascular endothelial cell line). Furthermore, we wanted to investigate the mystery surrounding the identity of the antigen recognized by the prototype blood vascular marker PAL-E. In the last step we wanted to study whether the PAL-E antigen would be involved in the process of leukocyte migration from the bloodstream into the surrounding tissue. Our results clearly show that the gene expression in primary blood endothelial cells (BEC), lymphatic endothelial cells (LEC) and the cell lines HMEC-1 and TIME is plastic. Comparison of a large set of BEC- and LEC datasets allowed us to assemble a catalog of new, stable BEC- or LEC specific markers, which we verified in independent experiments. Additionally, several lines of evidence demonstrated that PAL-E recognizes plasmalemma vesicle associated protein 1 (PV-1), which can form complexes with vimentin and neuropilin-1. Finally, numerous in vitro and in vivo experiments identify the first function of the protein PV-1 during leukocyte trafficking, where it acts as regulatory molecule.

Fluid dynamic modelling and simulation of circulating fluidized bed reactors: importance of the interface turbulence transfer

The main objective of this work is to analyze the importance of the gas-solid interface transfer of the kinetic energy of the turbulent motion on the accuracy of prediction of the fluid dynamic of Circulating Fluidized Bed (CFB) reactors. CFB reactors are used in a variety of industrial applications related to combustion, incineration and catalytic cracking. In this work a two-dimensional fluid dynamic model for gas-particle flow has been used to compute the porosity, the pressure, and the velocity fields of both phases in 2-D axisymmetrical cylindrical co-ordinates. The fluid dynamic model is based on the two fluid model approach in which both phases are considered to be continuous and fully interpenetrating. CFB processes are essentially turbulent. The model of effective stress on each phase is that of a Newtonian fluid, where the effective gas viscosity was calculated from the standard k-epsilon turbulence model and the transport coefficients of the particulate phase were calculated from the kinetic theory of granular flow (KTGF). This work shows that the turbulence transfer between the phases is very important for a better representation of the fluid dynamics of CFB reactors, especially for systems with internal recirculation and high gradients of particle concentration. Two systems with different characteristics were analyzed. The results were compared with experimental data available in the literature. The results were obtained by using a computer code developed by the authors. The finite volume method with collocated grid, the hybrid interpolation scheme, the false time step strategy and SIMPLEC (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations - Consistent) algorithm were used to obtain the numerical solution.

Effect of policosanol on cerebral ischemia in Mongolian gerbils

Policosanol is a mixture of higher aliphatic primary alcohols isolated from sugar cane wax, whose main component is octacosanol. An inhibitory effect of policosanol on platelet aggregation and cerebral ischemia in animal models has been reported. Thus, the objective of the present study was to evaluate the effect of policosanol on cerebral ischemia induced by unilateral carotid ligation and bilateral clamping and recirculation in Mongolian gerbils. Policosanol (200 mg/kg) administered immediately after unilateral carotid ligation and at 12- or 24-h intervals for 48 h significantly inhibited mortality and clinical symptoms when compared with controls, whereas lower doses (100 mg/kg) were not effective. Control animals showed swelling (tissue vacuolization) and necrosis of neurons in all areas of the brain studied (frontal cortex, hippocampus, striatum and olfactory tubercle), showing a similar injury profile. In the group treated with 200 mg/kg policosanol swelling and necrosis were significantly reduced when compared with the control group. In another experimental model, comparison between groups showed that the brain water content of control gerbils (N = 15) was significantly higher after 15 min of clamping and 4 h of recirculation than in sham-operated animals (N = 13), whereas policosanol (200 mg/kg) (N = 19) significantly reduced the edema compared with the control group, with a cerebral water content identical to that of the sham-operated animals. cAMP levels in the brain of control-ligated Mongolian gerbils (N = 8) were significantly lower than those of sham-operated animals (N = 10). The policosanol-treated group (N = 10) showed significantly higher cAMP levels (2.68 pmol/g of tissue) than the positive control (1.91 pmol/g of tissue) and similar to those of non-ligated gerbils (2.97 pmol/g of tissue). In conclusion, our results show an anti-ischemic effect of policosanol administered after induction of cerebral ischemia, in two different experimental models in Mongolian gerbils, suggesting a possible therapeutic effect in cerebral vascular disorders.

Ischemic preconditioning reduces peripheral oxidative damage associated with brain ischemia in rats

Brain ischemia followed by reperfusion causes neuronal death related to oxidative damage. Furthermore, it has been reported that subjects suffering from ischemic cerebrovascular disorders exhibit changes in circulating platelet aggregation, a characteristic that might be important for their clinical outcome. In the present investigation we studied tert-butyl hydroperoxide-initiated plasma chemiluminescence and thiol content as measures of peripheral oxidative damage in naive and preconditioned rats submitted to forebrain ischemia produced by the 4-vessel occlusion method. Rats were submitted to 2 or 10 min of global transient forebrain ischemia followed by 60 min or 1, 2, 5, 10 or 30 days of reperfusion. Preconditioned rats were submitted to a 10-min ischemic episode 1 day after a 2-min ischemic event (2 + 10 min), followed by 60 min or 1 or 2 days of reperfusion. It has been demonstrated that such preconditioning protects against neuronal death in rats and gerbils submitted to a lethal (10 min) ischemic episode. The results show that both 2 and 10 min of ischemia cause an increase of plasma chemiluminescence when compared to control and sham rats. In the 2-min ischemic group, the effect was not present after reperfusion. In the 10-min ischemic group, the increase was present up to 1 day after recirculation and values returned to control levels after 2 days. However, rats preconditioned to ischemia (2 + 10 min) and reperfusion showed no differences in plasma chemiluminescence when compared to controls. We also analyzed plasma thiol content since it has been described that sulfhydryl (SH) groups significantly contribute to the antioxidant capacity of plasma. There was a significant decrease of plasma thiol content after 2, 10 and 2 + 10 min of ischemia followed by reperfusion when compared to controls. We conclude that ischemia may cause, along with brain oxidative damage and cell death, a peripheral oxidative damage that is reduced by the preconditioning phenomenon.

Disintegrins: integrin selective ligands which activate integrin-coupled signaling and modulate leukocyte functions

Extracellular matrix proteins and cell adhesion receptors (integrins) play essential roles in the regulation of cell adhesion and migration. Interactions of integrins with the extracellular matrix proteins lead to phosphorylation of several intracellular proteins such as focal adhesion kinase, activating different signaling pathways responsible for the regulation of a variety of cell functions, including cytoskeleton mobilization. Once leukocytes are guided to sites of infection, inflammation, or antigen presentation, integrins can participate in the initiation, maintenance, or termination of the immune and inflammatory responses. The modulation of neutrophil activation through integrin-mediated pathways is important in the homeostatic control of the resolution of inflammatory states. In addition, during recirculation, T lymphocyte movement through distinct microenvironments is mediated by integrins, which are critical for cell cycle, differentiation and gene expression. Disintegrins are a family of low-molecular weight, cysteine-rich peptides first identified in snake venom, usually containing an RGD (Arg-Gly-Asp) motif, which confers the ability to selectively bind to integrins, inhibiting integrin-related functions in different cell systems. In this review we show that, depending on the cell type and the microenvironment, disintegrins are able to antagonize the effects of integrins or to act agonistically by activating integrin-mediated signaling. Disintegrins have proven useful as tools to improve the understanding of the molecular events regulated by integrin signaling in leukocytes and prototypes in order to design therapies able to interfere with integrin-mediated effects.

Human papillomavirus infection among sexual partners attending a Sexually Transmitted Disease Clinic in Rio de Janeiro, Brazil

Cervical cancer is a major source of illness and death among women worldwide and genital infection with oncogenic human papillomavirus (HPV) its principal cause. There is evidence of the influence of the male factor in the development of cervical neoplasia. Nevertheless, the pathogenic processes of HPV in men are still poorly understood. It has been observed that different HPV types can be found among couples. The objective of the present study was to investigate HPV infections in female patients (n = 60 females/group) as well as in their sexual partners and to identify the concordance of HPV genotypes among them. By using the polymerase chain reaction, we detected a 95% prevalence of HPV DNA in women with cervical intraepithelial neoplasia (CIN) compared to 18.3% in women with normal cervical epithelium, with a statistically significant difference (P < 0.001). The HPV DNA prevalence was 50% in male partners of women with CIN and 16.6% in partners of healthy women. In the control group (healthy women), only 9 couples were simultaneously infected with HPV, and only 22.2% of them had the same virus type, showing a weak agreement rate (kappa index = 0.2). Finally, we observed that HPV DNA was present in both partners in 30 couples if the women had CIN, and among them, 53.3% shared the same HPV type, showing moderate agreement, with a kappa index of 0.5. This finding supports the idea of circulation and recirculation of HPV among couples, perpetuating HPV in the sexually active population, rather than true recurrences of latent infections.

Effects of Fin Parameters on Gas-Side Heat Transfer Performance of H-Type Finned Tube Bundle in a Waste Heat Recovery Boiler

Alfa Laval Aalborg Oy designs and manufactures waste heat recovery systems utilizing extended surfaces. The waste heat recovery boiler considered in this thesis is a water-tube boiler where exhaust gas is used as the convective heat transfer medium and water or steam flowing inside the tubes is subject to cross-flow. This thesis aims to contribute to the design of waste heat recovery boiler unit by developing a numerical model of the H-type finned tube bundle currently used by Alfa Laval Aalborg Oy to evaluate the gas-side heat transfer performance. The main objective is to identify weaknesses and potential areas of development in the current H-type finned tube design. In addition, numerical simulations for a total of 15 cases with varying geometric parameters are conducted to investigate the heat transfer and pressure drop performance dependent on H-type fin geometry. The investigated geometric parameters include fin width and height, fin spacing, and fin thickness. Comparison between single and double tube type configuration is also conducted. Based on the simulation results, the local heat transfer and flow behaviour of the H-type finned tube is presented including boundary layer development between the fins, the formation of recirculation zone behind the tubes, and the local variations of flow velocity and temperature within the tube bundle and on the fin surface. Moreover, an evaluation of the effects of various fin parameters on heat transfer and pressure drop performance of H-type finned tube bundle has been provided. It was concluded that from the studied parameters fin spacing and fin width had the most significant effect on tube bundle performance and the effect of fin thickness was the least important. Furthermore, the results suggested that the heat transfer performance would increase due to enhanced turbulence if the current double tube configuration is replaced with single tube configuration, but further investigation and experimental measurements are required in order to validate the results.

Study of the flash drying of the residue from soymilk processing - "okara"

The objective of this research project was to study the drying of soymilk residue in a pneumatic flash dryer, using response Surface Methodology (RSM), and to evaluate the quality of the dried residue. Soymilk residue, also known as okara, was provided by a Brazilian soymilk factory. RSM showed that for a 120 second drying cycle, the lower the residue moisture contents (y) obtained, the higher the recirculation rates (x1), regardless of the air drying temperature (x2), and it could be expressed by the equation y = 7.072 - 7.92x1, with R² = 92,92%. It is possible to obtain okara with 10% of moisture (dwb) under the condition x1=1.25, equivalent to RR = 61%, with air drying temperatures ranging from 252 °C to 308 °C. The dried okara obtained through Central Compound Rotational Design (CCRD) presented a centesimal composition similar to the okara dried in a tray dryer, known as the original okara. There were significant variations (p < 0.05) in the Emulsifying Capacity (EC), Emulsion Stability (ES) and Protein Solubility (PS) between the dehydrated residues obtained. It was concluded that the flash drying of okara is technically feasible and that the physicochemical composition of the residue was not altered; on the contrary, the process promoted a positive effect on the technological functional properties.

Propriétés anesthésiques et analgésiques de l’eugénol chez la grenouille (Xenopus laevis), le poisson (Oncorhynchus mykiss) et le rat (Rattus norvegicus)

L'eugénol (2-methoxy-4-(2-propenyl) phénol), produit dérivé du clou de girofle (Eugenia aromatica), fut tout d’abord utilisé en application topique à des fins d’analgésie dentaire. Il produit également une anesthésie chirurgicale lorsque administré en immersion chez les poissons. L’eugénol agit sur les récepteurs vanilloïdes, sensibles à la chaleur, aux protons et à certaines molécules lipidiques. Ces récepteurs jouent un rôle important dans le mécanisme de l’inflammation et de l’hyperalgésie. L’eugénol pourrait également produire ses effets par antagonisme des récepteurs glutamaergiques (NMDA) et par son activation des récepteurs GABAergiques. Considérant que l’eugénol produit des effets analgésiques et anesthésiques, des études de pharmacocinétique et de pharmacodynamie furent réalisées chez la grenouille (Xenopus laevis), le poisson (Oncorhynchus mykiss) et le rat (Rattus norvegicus). Les résultats démontrent que l’eugénol administré par immersion à une dose efficace permet d’atteindre une anesthésie chirurgicale chez les grenouilles (350 mg/L) et les poissons (75 mg/L). Suite à des analyses plasmatiques par LC/MS/MS, la pharmacocinétique des grenouilles, des poissons et des rats montre que la drogue est éliminée et qu’il pourrait y avoir une recirculation entérohépathique plus importante chez la grenouille et le rat. La longue demi-vie chez le rat suggère aussi une accumulation dans les tissus après des administrations répétées. Suite à l’administration intraveineuse d’une dose de 20 mg/kg chez le rat, l’eugénol induit une anesthésie chirurgicale pour une très courte période de temps variant autour de 167 s. Les résultats de sensibilité thermique confirment l’efficacité de l’eugénol pour réduire l’hyperalgésie induite chez des rats neuropathiques. L’effet pharmacologique de l’eugénol a démontré une augmentation progressive constante de l’analgésie sur une période de cinq jours de traitements journaliers. En conclusion, l’eugénol possède des propriétés analgésiques et anesthésiques chez la grenouille africaine à griffes (Xenopus laevis), le poisson (Oncorhynchus mykiss) et le rat (Rattus norvegicus).

Épidémiologie du syndrome reproducteur et respiratoire porcin dans deux régions de densités porcines différentes au Québec

Le virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin (SRRP) est actuellement l’une des principales menaces pour la santé des troupeaux porcins. Les multiples voies de transmission complexifient l’épidémiologie de l’infection et en font une maladie particulièrement difficile à contrôler. L’objectif général de ce projet de recherche était de déterminer les facteurs associés au statut SRRP des sites de production afin de mieux comprendre l’épidémiologie de cette maladie au sein de deux régions du Québec ayant des densités porcines différentes. Les stratégies d’introduction des cochettes de remplacement ont d’abord été examinées. Des lacunes importantes ont été identifiées représentant un risque potentiel pour l’introduction du virus ou pour la recirculation d’une souche endémique au sein d’un troupeau reproducteur. Ainsi, appliquée à titre de stratégie de contrôle, l’acclimatation s’est révélée particulièrement problématique. Les principes de base étaient peu respectés, pouvant donc avoir un impact négatif considérable sur la circulation virale au sein du troupeau et potentiellement sur le voisinage immédiat. La fréquence de plusieurs mesures de biosécurité externe a ensuite été évaluée, permettant d’identifier certains problèmes dont ceux touchant principalement les mesures d’hygiène relatives au protocole d’entrée. Des différences de fréquence entre les régions et les types de production ont également été notées, ce qui peut orienter les interventions de rehaussement. Une classification multivariée a permis de grouper les sites en différents patrons de biosécurité pour constituer par le fait même un index de biosécurité. Cette étape a permis d’évaluer l’association entre certaines caractéristiques de l’élevage et le niveau de biosécurité indiqué par l’index. La distribution géographique des patrons au sein des deux régions, couplée à la détection d’agrégats spatiaux de sites ayant un patron similaire, a également permis de cibler davantage les interventions en fonction de la localisation des sites. Suite à l’investigation du statut SRRP des sites, une prévalence apparente très élevée a été obtenue pour les deux régions, complexifiant le contrôle de la maladie. L’étude de facteurs de risque dans la région de densité modérée a mis en évidence quatre facteurs associés au statut SRRP positif des sites, soit un inventaire important, la proximité du site porcin immédiat, l’absence de douche ainsi que le libre accès au site par l’équarrisseur. Une action préventive intégrant des mesures de biosécurité spécifiques peut donc être entreprise directement à la ferme au regard des deux derniers facteurs. Le fait d’utiliser un index de biosécurité plutôt que des mesures de biosécurité spécifiques a également été évalué. Les résultats ne supportent pas l’index global dans l’évaluation de l’association entre la biosécurité et le statut SRRP des sites de production. Finalement, la corrélation entre les distances génétique, euclidienne et temporelle des souches de SRRP, considérant également l’appartenance au même ou à des propriétaires différents, a été évaluée au sein de la région de haute densité. Une corrélation positive entre la distance génétique et euclidienne observée jusqu’à 5 km a souligné l’importance de la propagation régionale impliquant les aérosols, les insectes, d’autres espèces animales ou les objets inanimés. De plus, les souches génétiquement similaires appartenaient davantage à des sites ayant le même propriétaire, ce qui sous-tend des mécanismes de transmission impliquant une source commune d’animaux, d’employés, d’équipement, voire de véhicules.

Carboxydothermus hydrogenoformans comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène simultanément a la minéralisation de calcium et phosphate

La gazéification est aujourd'hui l'une des stratégies les plus prometteuses pour valoriser les déchets en énergie. Cette technologie thermo-chimique permet une réduction de 95 % de la masse des intrants et génère des cendres inertes ainsi que du gaz de synthèse (syngaz). Le syngaz est un combustible gazeux composé principalement de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène (H2) et de dioxyde de carbone (CO2). Le syngaz peut être utilisé pour produire de la chaleur et de l'électricité. Il est également la pierre angulaire d'un grand nombre de produits à haute valeur ajoutée, allant de l'éthanol à l'ammoniac et l'hydrogène pur. Les applications en aval de la production de syngaz sont dictées par son pouvoir calorifique, lui-même dépendant de la teneur du gaz en H2. L’augmentation du contenu du syngaz en H2 est rendu possible par la conversion catalytique à la vapeur d’eau, largement répandu dans le cadre du reformage du méthane pour la production d'hydrogène. Au cours de cette réaction, le CO est converti en H2 et CO2 selon : CO + H2O → CO2 + H2. Ce processus est possible grâce à des catalyseurs métalliques mis en contact avec le CO et de la vapeur. La conversion catalytique à la vapeur d’eau a jusqu'ici été réservé pour de grandes installations industrielles car elle nécessite un capital et des charges d’exploitations très importantes. Par conséquent, les installations de plus petite échelle et traitant des intrants de faible qualité (biomasse, déchets, boues ...), n'ont pas accès à cette technologie. Ainsi, la seule utilisation de leur syngaz à faible pouvoir calorifique, est limitée à la génération de chaleur ou, tout au plus, d'électricité. Afin de permettre à ces installations une gamme d’application plus vaste de leurs syngaz, une alternative économique à base de catalyseur biologique est proposée par l’utilisation de bactéries hyperthermophiles hydrogénogènes. L'objectif de cette thèse est d'utiliser Carboxydothermus hydrogenoformans, une bactérie thermophile carboxydotrophe hydrogénogène comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène. Pour cela, l’impact d'un phénomène de biominéralisation sur la production d’H2 a été étudié. Ensuite, la faisabilité et les limites de l’utilisation de la souche dans un bioréacteur ont été évaluées. Tout d'abord, la caractérisation de la phase inorganique prédominante lorsque C. hydrogenoformans est inoculé dans le milieu DSMZ, a révélé une biominéralisation de phosphate de calcium (CaP) cristallin en deux phases. L’analyse par diffraction des rayons X et spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier de ce matériau biphasique indique une signature caractéristique de la Mg-whitlockite, alors que les images obtenues par microscopie électronique à transmission ont montré l'existence de nanotiges cristallines s’apparentant à de l’hydroxyapatite. Dans les deux cas, le mode de biominéralisation semble être biologiquement induit plutôt que contrôlé. L'impact du précipité de CaP endogène sur le transfert de masse du CO et la production d’H2 a ensuite été étudié. Les résultats ont été comparés aux valeurs obtenues dans un milieu où aucune précipitation n'est observée. Dans le milieu DSMZ, le KLa apparent (0.22 ± 0.005 min-1) et le rendement de production d’H2 (89.11 ± 6.69 %) étaient plus élevés que ceux obtenus avec le milieu modifié (0.19 ± 0.015 min-1 et 82.60 ± 3.62% respectivement). La présence du précipité n'a eu aucune incidence sur l'activité microbienne. En somme, le précipité de CaP offre une nouvelle stratégie pour améliorer les performances de transfert de masse du CO en utilisant les propriétés hydrophobes de gaz. En second lieu, la conversion du CO en H2 par la souche Carboxydothermus hydrogenoformans fut étudiée et optimisée dans un réacteur gazosiphon de 35 L. Parmi toutes les conditions opérationnelles, le paramètre majeur fut le ratio du débit de recirculation du gaz sur le débit d'alimentation en CO (QR:Qin). Ce ratio impacte à la fois l'activité biologique et le taux de transfert de masse gaz-liquide. En effet, au dessus d’un ratio de 40, les performances de conversion du CO en H2 sont limitées par l’activité biologique alors qu’en dessous, elles sont limitées par le transfert de masse. Cela se concrétise par une efficacité de conversion maximale de 90.4 ± 0.3 % et une activité spécifique de 2.7 ± 0.4 molCO·g–1VSS·d–1. Malgré des résultats prometteurs, les performances du bioréacteur ont été limitées par une faible densité cellulaire, typique de la croissance planctonique de C. hydrogenoformans. Cette limite est le facteur le plus contraignant pour des taux de charge de CO plus élevés. Ces performances ont été comparées à celles obtenues dans un réacteur à fibres creuses (BRFC) inoculé par la souche. En dépit d’une densité cellulaire et d’une activité volumétrique plus élevées, les performances du BRFC à tout le moins cinétiquement limitées quand elles n’étaient pas impactées par le transfert de masse, l'encrassement et le vieillissement de la membrane. Afin de parer à la dégénérescence de C. hydrogenoformans en cas de pénurie de CO, la croissance de la bactérie sur pyruvate en tant que seule source de carbone a été également caractérisée. Fait intéressant, en présence simultanée de pyruvate et de CO, C. hydrogenoformans n’a amorcé la consommation de pyruvate qu’une fois le CO épuisé. Cela a été attribué à un mécanisme d'inhibition du métabolisme du pyruvate par le CO, faisant ainsi du pyruvate le candidat idéal pour un système in situ de secours.