Production d’acide 3-hydroxypropionique bio-sourcé : modélisation dynamique, optimisation et dimensionnement d’un procédé intégré de fermentation extractive
Auteur / Autrice : | Pedro Arana Agudelo |
Direction : | Violaine Athès, Ioan Cristian Trelea, Marwen Moussa |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie des procédés |
Date : | Soutenance le 01/12/2022 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....) |
Partenaire(s) de recherche : | référent : AgroParisTech (France ; 2007-....) |
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....) | |
Laboratoire : Paris-Saclay Food and Bioproduct Engineering (Massy, Essonne ; 2020-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Luc Marchal |
Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Alfenore, Jan Van Impe | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Alfenore, Jan Van Impe |
Résumé
En raison des enjeux environnementaux liés à l’exploitation des ressources fossiles, la production biologique bio-sourcée d’acide 3-hydroxypropionique (3-HP) est prometteuse car cette molécule est un précurseur de synthèse de produits jusqu’à présent obtenus uniquement par voie pétrochimique, notamment l’acide acrylique.Le principal frein pour la production biologique de 3-HP, de même que pour d’autres acides organiques, reste les performances dégradées par l’effet inhibiteur de ces molécules ainsi que du pH acide sur les microorganismes. Cette limitation peut être palliée par l’intégration des procédés biologiques avec des procédés d’extraction en ligne. Néanmoins, la conduite des procédés intégrés est complexe, et leur mise au point demande d’importants efforts expérimentaux.Ce projet s’intéresse à l’exploration d’un procédé extractif pour la production de l’acide 3-HP par une approche de modélisation mécanistique. Le but est de proposer des scénarios de conduite optimisée d’un procédé comportant une étape de bioconversion de 1,3-propanediol (1,3-PDO) en utilisant des bactéries acétiques, couplée à un procédé d’extraction liquide-liquide réactive en contacteurs membranaires.Des modèles mécanistiques de chaque étape ont ainsi été proposés et validés à l’aide de résultats expérimentaux. Une attention particulière a été portée à la prédiction du pH dans des milieux complexes. Un modèle du procédé intégré a été finalement développé et utilisé pour explorer des scenarios d’optimisation multicritère afin d’identifier les conditions opératoires les plus prometteuses. La modélisation apparait comme un outil précieux facilitant l’exploration rapide d’un grand nombre de scenarios tout en allégeant le travail expérimental.