Modélisation Mathématiques et Optimisation pour la Production de Biogas

par Antoine Haddon

Projet de thèse en Mathématiques et Modélisation

Sous la direction de Alain Rapaport et de Hector Ramirez.

Thèses en préparation à Montpellier en cotutelle avec l'Universidad de Chile , dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec MISTEA - Mathématiques, Informatique et STatistique pour l'Environnement et l'Agronomie (laboratoire) et de MODEMIC - Modélisation et Optimisation des Dynamiques des Ecosystèmes MICrobiens (equipe de recherche) depuis le 30-01-2017 .


  • Résumé

    La digestion anaérobique est un processus biologique complexe dans lequel les composés organiques sont transformés en biogaz (dioxyde de carbone et méthane) par différentes populations microbiennes. Le biogaz produit peut être utilisé comme source d'énergie, réduisant ainsi le coût énergétique du traitement des eaux usées. Par conséquent, il existe un fort intérêt à trouver des stratégies de contrôle optimales et des conceptions de bioréacteurs qui maximisent la production de biogaz. Au cours des 50 dernières années, de nombreux modèles de digestion anaérobique ont été étudiés à mesure que la compréhension des bio-proccédes impliqués a augmenté. Des modèles simples ont été développés, en particulier pour la conception de lois de contrôle telles que le modèle AM2 à 2 étapes et le modèle AMH1 à une étape. L'une des premières tentatives d'utilisation de la théorie du contrôle optimal pour le problème de la maximisation de la production de méthane sur un intervalle de temps donné a été effectuée en utilisant le modèle AMH1 mais la synthèse optimale n'a pas été donnée. Au cours de cette thèse, nous étudierons les problèmes liés à la maximisation du biogaz: (1) le problème de contrôle optimal de la maximisation de la production de biogaz et (2) la modélisation CFD des bioréacteurs.

  • Titre traduit

    Mathematical Modeling and Optimization for Biogas Production


  • Résumé

    Anaerobic digestion is a complex biological process in which organic compounds are transformed into biogas (carbon dioxyde and methane) by different microbial populations. The biogas produced can be used as an energy source, thereby reducing the energetic cost of wastewater treatement. Therefore, there is a strong interest in finding optimal control strategies and bioreactor designs that maximize biogas production. Over the last 50 years many models of anaerobic digestion have been studied as the understanding of the bioprocces involved has increased. Simple models have been developed, specifically for the design of control laws such as the 2 stage AM2 model and the single step AMH1 model. Many studies have been conducted on the control of anaerobic digestion and there exists various different strategies that can be divided into 2 main categories : model based and knowledge based. One of the first attempts at using the theory of optimal control for the problem of maximizing the methane production over a given time interval was done using the AMH1 model but the optimal synthesis was not given. In this tesis, we will research problems related to the maximisation of biogas : (1) the optimal control problem of maximizing biogas production and (2) CFD modelisation of bioreactores.