Evaluation des possibilités de la voie diélectrique pour le suivi en ligne des concentrations cellulaires dans les procédés biologiques industriels : définition d'un prototype

par Martial Authier

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Jean-Louis Greffe.

Soutenue en 1992

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    Le@contrôle des procédés biotechnologiques et l’optimisation de leurs modes de fonctionnement nécessitent la connaissance de la concentration en micro-organismes. Ce paramètre n’est actuellement pas mesurable en ligne de façon simple, peu coûteuse et fiable. Les milieux hétérogènes peuvent être caractérisés par des phénomènes de relaxation diélectrique dont les amplitudes et les fréquences carractéristiques dépendent des propriétés électriques de chacun des interfaces que sont les membranes cytoplasmiques participe à la polarisation du milieu, la dispersion diélectrique associée étant la relaxation Maxwell-Wagner. Nos simulations d’un modèle rendant compte de cette polarisation interfaciale montrent que la permitivité réelle d’un milieu biologique est, aux fréquences inférieures à quelques MHz, une fonction quasiment linéaire de la fraction volumique occupée par les cellules microbiennes. Une part de nos travaux a pour résultats la compréhension et la quantification des difficultés liées aux spécificités des mesures diélectriques sur les milieux industriels de fermentation. Nous définissons alors les paramètres électriques (fréquence optimale) et géométrique (forme et constante de sonde, câblage) d’un possible dispositif de mesure. Nous mettons en évidence le possible accès à le ermitivité du milieu par la mesure des deux composantes de l’admittance et nous proposons un protocole d’étalonnage en ligne par la détermination automatique d’un paramètre de correction. Des validations expérimentales conduisent à la faisabilité de cette détermination de la fraction volumique en micro-organismes dans des milieux biologiques industriels. Nous proposons une évolution du programme par la réalisation d’un prototype que nous définissons


  • Résumé

    The@monitoring of biotechnological process as also the insurance of their optimized working conditions require the knowledge of biomass concentration. This parameter is still not easily, cheaply and reliably measurable on-line. Heterogeneous media exhibit dielectric relaxation process whose magnitude and characteristic frequencies are subordinate to electrical and geometrical properties of their various constituents. With regards to biological media, the capacitive charging of each of the interfaces formed by cytoplasmic membranes takes part of a biological medium is, beneath some MHz, an almost linear function of the volume fraction occupied by the cells. A part of our work has for result the understanding and the quantification of the difficulties linked to the specificity of dielectric measurements in industrial fermentation media. Then, we define the electrical (optimal frequency) and geometrical (cell constant and shape) parameters for a possible measuring device. The possible access to medium permittivity by a measurement of both admittance components is brought into relief and an on-line calibration procedure by the automatic determination of a correction parameter is proposed. Experimental validations lead to the feasibility of this way of determining the volume fraction occupied by the micro-organisms in industrial biological media. We plan a program evolution by the realization of a prototype that we define

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Informations

  • Détails : 1 vol. (216 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 193-216. Résumé en français et en anglais

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