Commande non linéaire d'un réacteur biologique semi-continu de production de levures

Nonlinear control of a fedbatch bioreactor of yeast production

• Auteur / Autrice : Sérgio Lucena
• Direction : Jean-Pierre Corriou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du génie chimique (Nancy)
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Arlette Chéruy, Gilles Trystram

Mots clés

Mots clés contrôlés

Kalman, Filtrage de

Croissance

Saccharomyces cerevisiae

Commande non linéaire

Bioréacteurs

Mots clés libres

Bioréacteur

Semi-continu

Culture microorganiqme

Saccharomyces cerevisiae

Commande non linéaire

Système commande

Linéarisation

Filtre Kalman

Bioreactor

Semicontinuous

Microorganism culture

Saccharomyces cerevisiae

Non linear control

Control system

Linearization

Kalman filter

Résumé

La principale motivation de ce travail est l'étude de l'application de la commande non linéaire géométrique à un réacteur biologique pour la production de Saccharomyces cerevisiae. Ce procédé conduit en mode semi-continu possède un comportement extrêmement non linéaire. Pour l'application de la commande, un modèle mathématique du procédé est nécessaire ; dans ce but, on utilise un modèle physiologique pour la croissance de la levure. Le modèle décrit les trois phases de production de la biomasse qui sont: la fermentation du glucose, la respiration de l'éthanol et la respiration du glucose. Le procédé fonctionne d'abord en mode discontinu, en boucle ouverte, puis en mode semi-continu, en boucle fermée. Les deux techniques de commande non linéaire géométrique, la linéarisation exacte entrée/sortie et la linéarisation exacte entrée/état, ont été appliquées à la poursuite d'une trajectoire de référence. La sortie considérée est la concentration en glucose dans le réacteur. Ces techniques de commande sont basées sur la connaissance de toutes les variables d'état du procédé. Dans notre cas, tous les états ne sont pas disponibles comme mesures et l'utilisation d'un observateur d'état a été indispensable. Le filtre de Kalman étendu (EKF) a été utilisé dans sa version continue/discrète. Pour l'application de l'EKF, trois stratégies ont été développées pour tenir compte de différentes périodes d'échantillonnage et de retards des variables de mesures disponibles. Les résultats ont été obtenus par simulation et par expérimentation. L’implantation sur un bioréacteur pilote a été effectuée et la technique de commande non linéaire a montré en général d'excellents résultats