Commande Avanc E De La Qualit Et De La Production D Un Proc D De Fermentation Continue
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Commande avancée de la qualité et de la production d'un procédé de fermentation continue
CETTE THESE CONCERNE L'APPLICATION DE TECHNIQUES AVANCEES D'AUTOMATIQUE AFIN DE CONTROLER LA QUALITE ET LE DEBIT DE PRODUCTION D'UN PROCEDE DE FERMENTATION CONTINUE DESTINE A PRODUIRE UNE BIERE FAIBLEMENT ALCOOLISEE. DANS UNE PREMIERE PARTIE, L'ETUDE DE MODELISATION DU PROCEDE EST PRESENTEE. POUR LA MODELISATION DES PHENOMENES HYDRODYNAMIQUES LIES A L'UTILISATION D'UN REACTEUR A LIT FIXE, NOUS AVONS DEVELOPPE UNE METHODE ORIGINALE S'APPUYANT SUR LES TECHNIQUES D'IDENTIFICATION PERMETTANT D'OBTENIR UN MODELE COMPARTIMENTAL SIMPLE A PARTIR D'EXPERIENCES DE TRACAGE. LES PHENOMENES BIOLOGIQUES ONT ETE MODELISES A PARTIR D'UNE ANALYSE FONCTIONNELLE DU PROCEDE ET LE MODELE COMPLET A ETE VALIDE EXPERIMENTALEMENT. COMPTE TENU DES SPECIFICITES DU PROCEDE ET DES OBJECTIFS A REALISER, UNE STRATEGIE DE COMMANDE A ETE DEFINIE QUI PERMET LA CONCEPTION DE LA COMMANDE EN DEUX ETAPES SUCCESSIVES: PREMIEREMENT, UNE COMMANDE NON-LINEAIRE ADAPTATIVE EST PROPOSEE POUR CONTROLER LA QUALITE DU PRODUIT EN AGISSANT SUR LE DEBIT D'ALIMENTATION. CETTE COMMANDE NECESSITE UN ESTIMATEUR D'ACTIVITE BIOLOGIQUE DONT LA CONVERGENCE EST PROUVEE. LA ROBUSTESSE DE LA COMMANDE PROPOSEE VIS A VIS DES ERREURS DE MODELISATION EST DEMONTREE. UN ENSEMBLE DE RESULTATS DE SIMULATIONS PERMET D'APPRECIER LES QUALITES DE CETTE COMMANDE QUI SONT VALIDEES PAR LES EXCELLENTS RESULTATS EXPERIMENTAUX. DEUXIEMEMENT, UNE COMMANDE MULTIVARIABLE DU PROCEDE EST PROPOSEE QUI ASSOCIE A LA COMMANDE PRECEDENTE UN CONTROLE DE L'ACTIVITE BIOLOGIQUE PAR ACTION SUR LA TEMPERATURE CE QUI PERMET D'ASSURER LA MAITRISE DU DEBIT DE PRODUCTION. CETTE COMMANDE A ETE TESTEE EN SIMULATION ET A MONTRE SA ROBUSTESSE VIS A VIS DES ERREURS DE MODELISATION. PUIS, ELLE A ETE VALIDEE AVEC SUCCES SUR LE PROCEDE PILOTE
Automatisation d'un procédé de fermentation semi-continu
L'OBJET DE CETTE THESE CONCERNE LA RESOLUTION DES PROBLEMES DE COMMANDE DES PROCEDES SEMI-CONTINUS DE FERMENTATION ALCOOLIQUE. UNE PREMIERE APPROCHE CONSISTE A RESOUDRE LE PROBLEME DE COMMANDE OPTIMALE DE L'ALIMENTATION EN SUBSTRAT FRAIS, EN TERMES DE MINIMISATION D'UN CRITERE DE TYPE TEMPS MINIMAL. LA METHODOLOGIE RETENUE EST BASEE SUR L'APPLICATION DE LA PROGRAMMATION NON LINEAIRE. LE CRITERE EST TRANSFORME EN LA MAXIMISATION DE LA DEGRADATION DU SUBSTRAT A CHAQUE INSTANT, ET LE PROBLEME EST TRAITE PAR LA METHODE DE ROSENBROCK. A PARTIR DES RESULTATS OBTENUS PAR LES TECHNIQUES D'OPTIMISATION ET COMPTE TENU DES DIFFICULTES DE MISE EN UVRE DE TELLES LOIS DE COMMANDE, L'AUTEUR S'INTERESSE, DANS UN SECOND TEMPS, AU PROBLEME DE LA REGULATION DE LA CONCENTRATION EN SUBSTRAT DANS LE FERMENTEUR, A DES FINS DE COMPARAISON DE DIFFERENTS ALGORITHMES DE COMMANDE. CES LOIS DE COMMANDE VONT DES SIMPLES CORRECTEURS PAR ACTION PROPORTIONNELLE ET INTEGRALE A LA COMMANDE PREDICTIVE GENERALISEE. LES TECHNIQUES DE COMMANDE ADAPTATIVE PERMETTENT DANS CE CAS DE PRENDRE EN COMPTE LES VARIATIONS DES PARAMETRES DE LA FERMENTATION. LA MISE EN UVRE EXPERIMENTALE DES TRAVAUX PRESENTES NECESSITE DIVERSES ETUDES D'INSTRUMENTATION, AINSI QUE LE COUPLAGE MATERIEL ET LOGICIEL DU CALCULATEUR A L'UNITE PILOTE DE FERMENTATION
Modélisation et optimisation de fermenteurs membranaires
Dans le domaine des fermentations, pour la production de métabolites il est préférable aujourd'hui d'opérer en culture continue. En contrepartie, l'inhibition de la croissance pour tout produit entraine une baisse de productivité. Pour lever cette étape limitante, on peut avoir recours à une rétention totale ou partielle des cellules dans le réacteur par ultra ou microfiltration tangentielle, ce qui permet d'atteindre de fortes concentrations cellulaires et ainsi d'accroitre la productivité. Tout d'abord, on a développé une modélisation de la fermentation continue avec recyclage cellulaire pour différentes cinétiques microbiennes afin de mieux appréhender l'influence des paramètres hydrodynamiques: débit d'alimentation et débit de soutirage des cellules. Puis on a cherche à optimiser la production d'acétone butanol par Clostridium acetobutylicum ATCC 824 en réacteur monoétagé avec recyclage. En limitant la concentration en glucose à 45 g/l dans l'alimentation et en opérant une rétention partielle des cellules, on a obtenu des concentrations en A.B.E. stables et une productivité de 10 g/l.h. ce résultat représente une performance notable par rapport aux autres procèdes. Enfin une étude de la fermentation continue biétagée avec recyclage partiel des cellules a été entreprise. Ce procédé permet pour la première fois d'allier des concentrations en solvants élevées et stables (17 g/l) à une productivité importante (2.4 g/l.h)