Optimisation de bioreacteurs

Ce travail de recherche est un projet en collaboration avec Gembloux Agro-Biotech (MiPI) financé par le Fonds National de la Recherche Scientifique de Belgique (PDR n° T.0250.13), dont l'objectif est une meilleure maîtrise des processus liés au transfert liquide/gaz qui conditionnent les performances de procédés (bio)chimiques.

Contexte

Ce projet de recherche se concentre sur les interactions entre la physiologie cellulaire et les hétérogénéités environnementales apparaissant dans les bioréacteurs industriels. Plusieurs équipes de recherche européennes étudient actuellement ces interactions afin de résoudre les problèmes liés à la montée en échelle du bioréacteur, facteur limitant lors de la conception ou l’amélioration de procédés biotechnologiques. Différentes composantes physiques et biologiques telles que l'hydrodynamique au sein du bioréacteur, la biologie systémique des microorganismes et l'hétérogénéité de la population cellulaire, sont à prendre à considération lors de l'étude de ces interactions dans le contexte d’extrapolation du bioréacteur.

Plus précisément, le projet a mené à deux thèses de doctorat : la première consacrée à la caractérisation multi-échelle de l’hydrodynamique, du mélange et du transfert gaz-liquide au sein des bioréacteurs (PEPs), et la seconde dédiée à l’étude de l’impact de l’hétérogénéité de population microbienne sur les performances des procédés biotechnologiques (MiPI).

Implication scientifique du groupe PEPs

La sélection du design du bioréacteur et de ses conditions opératoires doit répondre à deux objectifs. D'une part, l'influence des paramètres physiques sur la physiologie microbienne et sur la performance des bioprocédés doit être correctement évaluée. D'un autre côté, l'hydrodynamique et les phénomènes de transport de matière, ainsi que leur couplage, doivent être correctement compris à toutes les échelles et à toutes les échelles pour une extrapolation adéquate du bioréacteur. Dans ce contexte, une méthodologie de caractérisation a été développée et validée pour comprendre, quantifier et modéliser ces phénomènes de transport et de transfert multi-échelles lors de la mise en œuvre du bioréacteur. La recherche porte l’étude de l’influence du mélange (homogénéisation) et de la circulation imposés par l’hydrodynamique (agitation), au sein d’un réacteur à cuve agitée avec chicanes, sur le transfert liquide/gaz à travers la surface libre et sur la distribution spatio-temporelle de la concentration en gaz dissous dans la phase liquide. De plus, même si les lignes directrices de ce travail sont inspirées par l'industrie biotechnologique, la stratégie adoptée a été choisie pour obtenir des résultats servant un cadre théorique aussi large que possible.

Publications

Articles scientifiques

Conférences

de Lamotte, A., et al. (2014). Experimental study of liquid-gas transfers in a stirred tank for biohydrogen production. Poster presentation at ESBES-IFIBiop 2014 - 10th European Symposium on Biochemical Engineering Sciences and 6th International Forum on Industrial Bioprocesses, Lille, France.
de Lamotte, A., et al. (2015). Hydrodynamics, mixing and mass transfer in baffled stirred tanks. Oral presentation (with proceedings) at Mixing 15 - 15th European Conference on Mixing, St Petersburg, Russia.
de Lamotte, A., et al. (2015). Surface aeration in baffled stirred tanks: hydrodynamics, mixing and mass transfer characteristics. Poster presentation at ECCE 10 - 10th European Congress of Chemical Engineering, Nice, France.
de Lamotte, A., et al. (2015). Hydrodynamics, mixing and mass transfer in baffled stirred tanks. Oral presentation at the seminar organized by the company ANSYS, “Simulation-Driven Medical Device Innovation Seminar”, Zaventem, Belgium.
de Lamotte, A., et al. (2016). Gas-liquid transfer through the liquid free-surface in baffled stirred tanks. Oral presentation at the 2nd edition of international conferences “Green chemistry and White biotechnology: Industry of the future”, Gembloux, Belgium.
de Lamotte, A., et al. (2017). Investigating the effects of hydrodynamics and mixing on mass transfer through the free-surface in stirred-tank bioreactors. Poster presentation at SFGP 2017 - 16ème Congrès de la Société Française de Génie des Procédés, Nancy, France.
de Lamotte, A., et al. (2017). Investigating the effects of the scales of mixing on mass transfer through the free-surface in stirred-tank bioreactors. Oral presentation at GLS 13 - 13th International Conference on Gas–Liquid and Gas–Liquid–Solid Reactor Engineering, Brussels, Belgium.
de Lamotte, A., et al. (2017). Hydrodynamics, mixing and mass transfer through the liquid free-surface in baffled stirred-tanks. Poster presentation at GLS 13 - 13th International Conference on Gas–Liquid and Gas–Liquid–Solid Reactor Engineering, Brussels, Belgium.