Utilisation de la simulation dynamique des procédés pour la conduite et le contrôle-commande des bioréacteurs

par Daniel Baquerisse

Thèse de doctorat en Chimie appliquée et génie des procédés

Sous la direction de Arsène Isambert.

Soutenue en 1999

à Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris .

mots clés

• Bioréacteurs
• Microalgues

Résumé

La microalgue porphyridium purpureum est une Rhodophycée qui connait des utilisations potentielles dans les domaines nutraceutique et pharmaceutique. La maîtrise de sa culture en masse constitue de plus un atout majeur en vue d'une industrialisation rapide. Une campagne expérimentale a été menée dans des réacteurs discontinus de faible volume. L'effet de la disponibilité en lumière et en dioxyde de carbone sur la vitesse spécifique de croissance de porphyridium purpureum ont été étudiés. Un modèle de croissance inspire du modèle de Steele a été développé, régressé et validé sur l'ensemble des données expérimentales précédemment obtenues. La validation a également été réalisée sur un réacteur continu. Dans ce modèle, la vitesse spécifique de croissance est fonction de la concentration en Carbone Inorganique Total (CIT) et de l'Energie lumineuse disponible par cellule (E). Grâce à la définition de la concentration en CIT et à une instrumentation suffisante d'un photobioréacteur pilote mis à notre disposition, nous développons une boucle de régulation par rétroaction de la concentration en carbone inorganique total. Nous démontrons la possibilité de réguler cette concentration malgré une optimisation imparfaite des paramètres du régulateur PID. Le modèle de croissance est ensuite exploité lors de l'implantation de régulateurs par modèle générique (GMC) monovariable et multivariable. Le régulateur GMC multivariable permet de réguler la concentration cellulaire et la concentration en CIT. Les régulateurs GMC sont comparés à des boucles de régulation par rétroaction incluant un PI. Les stratégies de régulation comparées expriment la même réponse en asservissement. La performance du régulateur GMC diminue fortement lorsque le modèle est faux. Cette limite nous a conduit à proposer un régulateur GMC adaptatif qui assure un comportement identique à celui d'un GMC contenant un modèle parfait. Le test de la régulation GMC est réalisé à l'aide du logiciel SpeedUp.

Titre traduit

Use of dynamic simulation of processes for supervision and control of bioreactors

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