Au cours des dernières années, la culture de microalgues est largement étudiée pour produire des biocarburants et d’autres produits de valeur en fixant le dioxyde de carbone de l’atmosphère, afin d’atténuer simultanément les effets du changement climatique et de réduire la dépendance à l’égard des carburants fossiles. En comparaison avec les systèmes ouverts, les photobioréacteurs fermés sont davantage utilisés en laboratoire, car ils permettent de contrôler avec précision les facteurs environnementaux tels que le pH, la concentration en éléments nutritifs, etc. Le principe de fonctionnement d’un photobioréacteur repose sur l’injection de bulles dans le milieu de culture pour (i) apporter du dioxyde de carbone aux cellules (ii)agiter le liquide. Par l’apport d’énergie lumineuse les cellules transforment le carbone inorganique en carbone organique par photosynthèse. Ainsi, les phénomènes physiques - l’écoulement, transfert de matière, transfert radiatif - et les phénomènes biologiques - photosynthèse, croissance cellulaire et mort - coexistent dans un photobioréacteur. Plus important encore, tous les phénomènes de base ne sont pas complètement indépendants les uns des autres. Des recherches récentes ont révélé que le comportement des bulles avait également une incidence directe sur le processus biologique. En raison du comportement significatif des bulles sur la productivité d'un photobioréacteur, la génération de bulles a été étudiée dans cette thèse au moyen de méthodes expérimentales et numériques.Dans l'étude expérimentale, nous avons conçu puis fabriqué un nouveau photobioréacteur afin d'étudier le bullage in situ. L’emploi d’une technique d’ombroscopie couplée à une caméra vidéo a permis l’enregistrement de séries de bulles. Les images traitées ont permis de mesurer des caractéristiques de bulles (fréquence, volume, facteur de forme). Le volume moyen de bulle et la fréquence de formation de bulles augmentent avec le débit de gaz. De plus, la distribution volumique monodisperse à faible débit devient de plus en plus polydisperse par l’accroissement de celui-ci. L’évolution de la forme des bulles lors de leur remontée dans le liquide a été évaluée par l’emploi de facteurs de forme. Ces facteurs diminuent avec la remontée des bulles et traduisent une déformation horizontalement. A débit élevé, les formes des bulles oscillent et coalescent plus fréquemment.La simulation du bullage a été réalisé par l’emploi d’une méthode Volume of Fluid (VOF) et d’une bibliothèque open source de mécanique numérique des fluides OpenFOAM. Ces choix de méthodes sont motivés en raison de la robustesse d'OpenFOAM en matière de simulation d'écoulements diphasiques rapportée dans la littérature. Une première étude numérique de simulation 2D a permis de déterminer les valeurs appropriées des paramètres numériques (nombre de Courant et la taille du maillage) tout en minimisant le temps de calcul par rapport à une pré-étude 3D. Sans surprise, nous avons déterminé que la taille des mailles devait être inférieure au diamètre de la buse pour obtenir des résultats significatifs. De façon plus surprenante, nous avons observé que le nombre maximum de Courant n’a pas d’importance particulière pour ces simulations (dans une limite raisonnable : 0 à 1). Les simulations 3D ont été menées sur un supercalculateur. Elles ont montré que le volume des bulles et l’évolution de leur forme calculées numériquement étaient en accord avec les résultats expérimentaux. Cependant, les simulations 3D n’ont pas permis de représenter la polydispersité de la distribution volumique des bulles en raison d’un temps de calcul nécessaire trop important pour générer une population de bulles suffisamment nombreuse. Au final, l'outil numérique a aussi été utilisé avec succès pour explorer plusieurs caractéristiques hydrodynamiques de mélange dans le liquide.