Conduite de réacteurs biologiques multivariables à comportement complexe : application à un organisme végétal

par Francis Mairet

Thèse de doctorat en Génie des procédés industriels et développement durable

Soutenue en 2008

à Compiègne .


  • Résumé

    La culture en bioréacteur de racines transgéniques représente une des techniques alternatives les plus prometteuses pour la production de molécules thérapeutiques à haute valeur ajoutée. Dans ce travail de thèse, nous avons développé un système de conduite automatisée permettant de réguler les concentrations des principaux substrats afin d'optimiser la production de biomasse. Pour ce faire, un modèle de croissance des racines a été développé. L'approche innovante utilisée a été de se placer uniquement avec des racines ayant leurs réserves intracellulaires saturées, permettant ainsi une modélisation simplifiée des mécanismes complexes de croissance des racines. L'identification des paramètres du modèle a été séparée en deux étapes afin d'améliorer l'identifiabilité de tous les paramètres. L'influence de la composition du milieu de culture a été étudiée en développant une nouvelle méthodologie utilisant un plan d'expérience D-optimal. Le reste des paramètres a ensuite été identifié de manière plus classique en utilisant une courbe de croissance. Pour estimer les variables d'état, nous avons proposé deux solutions : une estimation de la cinétique à partir de la mesure de la conductivité et un observateur d'état utilisant les mesures des différentes teneurs en substrats. Enfin, plusieurs lois de commande ont été mises en place (commande optimale en boucle ouverte et en boucle fermée, commande prédictive et commande par placement de pôles). Les simulations ont permis dans un premier temps de montrer les performances et les limitations de ces différentes commandes. Une validation expérimentale de deux de ces lois de commande a ensuite été réalisée.

  • Titre traduit

    Modelling and control of bioreactor: application to hairy root growth


  • Résumé

    Hairy root culture is one of the most promising alternatives for the production of therapeutic molecules. In this work, we propose a control strategy to regulate the concentrations of key substrates in order to optimize biomass production. First, a model of root growth was developed. The innovative approach used was to consider roots with saturated intracellular reserves. This leads to a simplified model of the complex mechanisms of root growth. The identification of model parameters was separated into two steps in order to improve the identifiability of all parameters. A new methodology has been developed to study the influence of the composition of culture medium using a D-optimal experimental design. The remaining parameters were then identified using a growth curve. To estimate the state variables, we have proposed two solutions: an estimate of the kinetics from conductivity measurement and a state observer using measurements of different substrate levels. Then, several control laws have been implemented (optimal control in open-loop and closed-loop, predictive control and pole placement control). Simulations have been used in a first step to show the performance and limitations of these different commands. Finally, two of these control laws have been experimentally validated.

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (234 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 105 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2008 MAI 1768
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