Intensification de la production d'éthanol biocarburant dans un bioréacteur bi-étagé avec recyclage cellulaire : modélisation et stratégie de conduite

par Mohamed Fadhel Ben Chaabane

Thèse de doctorat en Microbiologie et biocatalyse industrielle

Sous la direction de Philippe Blanc.

Soutenue en 2006

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    L'objectif est l'intensification de la production d'éthanol biocarburant par Saccharomyces cerevisiae dans un Bioréacteur Bi-étagé avec Recyclage Cellulaire (BBRC) en mode continu. A cette fin, nous avons modélisé le fonctionnement du bioréacteur et le comportement dynamique de la levure. Le modèle développé associe les équations de bilans matière et les cinétiques microbiennes en distinguant la biomasse totale et viable en fonction des états physiologiques de la levure dans les deux étages. Le principe du BBRC est l'utilisation du potentiel de la levure à son niveau optimal ; il combine le découplage spatial croissance/production d'éthanol, l'obtention de hautes densités cellulaires et la gestion de l'activité cellulaire par le recyclage de la biomasse entre les deux étages. Des cultures ont permis la quantification du comportement de la levure dans chaque étage, en régimes transitoires et permanents, pour différentes conditions opératoires. La confrontation théorie-expérience est très satisfaisante. L'analyse numérique de l'influence des paramètres opératoires sur les performances du BBRC est présentée, en argumentant du comportement dynamique de la levure dans les deux étages. A l'aide du modèle utilisé comme outil prédictif, nous avons validé la pertinence du BBRC pour l'intensification de la production d'éthanol, à savoir en mode continu permanent, une productivité en éthanol de 40 g. L-1. H-1, un titre en éthanol de 8,3 °GL et une concentration en substrat résiduel nulle

  • Titre traduit

    Very high ethanol productivity in an innovative two-stage bioreactor with cell recycle : Modelling and monitoring strategy


  • Résumé

    This study aims to intensify the ethanol production with Saccharomyces cerevisiae in a continuous Two-stage Bioreactor with Cell Recycle (TBRC). For this purpose, the bioreactor process and the dynamic behaviour of the yeast were modelled, based on the mass balance and kinetic equations by distinguishing total and viable biomass. It takes into account the yeast physiological states which differ with the environment in the two stages. The TBRC aims to use optimally the yeast potentialities ; it combines the decoupling of growth and ethanol production in two different compartments, the gain of high cell density and the management of the cellular activity by the biomass recycling between the two stages. Cultures allowed the quantification of the yeast behaviour in each stage, in transient and steady states, for various operating conditions. Confrontation between theory and experiment is very satisfactory. The numerical analysis of the operational parameters influence on the TBRC performances and the yeast dynamic behaviour in the two stages are presented. Using the model as a predictive tool, we validated the relevance of the TBRC for the ethanol production intensification, in steady-state continuous mode, up to an ethanol productivity of 40 g. L-1. H-1, an ethanol title of 8,3 °GL and a null residual substrate concentration.

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Informations

  • Détails : 1 vol. ( 291 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 253-265

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2006/831/BEN
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