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Conception Modélisation Procédés

Des microorganismes bien agités

“Analyse locale et globale de l'hydrodynamique et du transfert de matière dans les fluides à rhéologie complexe caractéristiques des milieux de fermentation”

Thèse de Jean-Christophe Gabelle

Jean-Christophe Gabelle

La production des enzymes par un champignon filamenteux ( T. reesei) est une étape clé du procédé de production de bioéthanol de 2e génération.

La croissance du champignon est réalisée dans des fermenteurs de grande taille, dont la conception est problématique en raison de la rhéologie complexe du milieu considéré, laquelle induit une dégradation des performances de transfert d'oxygène et de mélange des fluides.

Ce problème a été appréhendé en étudiant l'effet de la rhéologie sur le fonctionnement du fermenteur, grâce à l'utilisation de fluides modèles, avec des rhéologies représentatives. L'hydrodynamique et le transfert ont été caractérisés à l'échelle locale et globale, en utilisant différentes métrologies spécifiques : mesure par sondes O2, vélocimétrie par images de particules (PIV), enregistrement par caméra rapide, traitement d'image. Des modèles rhéologiques en ont été déduits.

Ces modèles sont d'ores et déjà utilisés pour définir certains paramètres lors de la conception de fermenteurs industriels. L'étude des cisaillements a de plus montré l'intérêt d'un post-traitement de type POD (décomposition orthogonale aux valeurs propres). En effet, celui-ci permet d'accéder aux différentes échelles de leurs fluctuations qui peuvent impacter la morphologie des microorganismes cultivés dans des cuves agitées.

L'étude qui s'engage à IFPEN sur le comportement de T. reesei dans des conditions hydrodynamiques plus proches encore de la réalité industrielle s'appuiera sur la prédiction de ces modèles (approche scale-down).

Frédéric Augier

Contact scientifique :

Frédéric Augier
 Direction Conception Modélisation Procédés
 frederic.augier@ifpen.f

Publications

  • J.-C. Gabelle, E. Jourdier, R. Licht, F. Ben Chaabane, I. Henaut, J. Morchain, F. Augier, Impact of rheology on the mass transfer coefficient during the growth phase of Trichoderma reesei in stirred bioreactors. Chem. Eng. Sci, 2012, 75, 408-417.
     >> DOI: 10.1016/j.ces.2012.03.053
  • J.-C. Gabelle, F. Augier, A. Carvalho, E. Rousset, J.Morchain, Effect of Tank Size on kLa and Mixing Time in Aerated Stirred Reactors With Non- Newtonian Fluids. Can. J. Chem. Eng., 2011, 89.
     >> DOI: 10.1002/cjce.20571
  • J.-C. Gabelle, J. Morchain, D. Anne-Archard, F. Augier, A. Liné, Experimental Determination of the Shear Rate in a Stirred Tank with a Non-Newtonian Fluid: Carbopol.
     >> AIChE J., 2013, 59, 6, 2251-2266
  • A. Liné, J.-C. Gabelle, J. Morchain, D. Anne-Archard, F. Augier, On POD analysis of PIV measurements applied tomixing in a stirred vessel with a shear thinning fluid. Chem. Eng. Res. Des., 2013. 
     >> DOI: 10.1016/j.cherd.2013.05.2002

 

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