Modélisation, optimisation et contrôle de procédés de fermentation de levures en industrie alimentaire [Modelling, optimization and control of yeast fermentation processes in food industry]
L'objectif général est la mise au point, dans le contexte des fermentations de levures en industrie alimentaire, de méthodes de détermination des conditions opératoires optimisant des critères objectifs (productivité, reproductibilité, respect des spécifications du produit : activité, stabilité, aptitude au séchage) et de régulateurs en boucle fermée permettant de les maintenir en ligne. Des grandeurs de commande (influençant ces critères) et des signaux mesurés (reflétant l'impact des commandes sur le déroulement du procédé et sur ces critères) seront sélectionnés en s'assurant de leur disponibilité effective en milieu industriel. Afin de quantifier cet impact, des modèles microscopiques décrivant le métabolisme de la levure seront utilisés. Vu leur complexité structurelle (impliquant des problèmes d'estimation paramétrique et d'utilisation pour la synthèse de régulateurs), des techniques de réduction de modèles seront utilisées afin d'obtenir des modèles macroscopiques (biomasse et constituants extracellulaires). Les conditions opératoires optimales et les régulateurs seront déduits de ces modèles. Les expériences de fermentation destinées à l'estimation paramétrique et à la validation des conditions opératoires optimales et des régulateurs seront réalisées sur le bioréacteur pilote au sein du service 3BIO ainsi que chez le partenaire industriel Beldem. Outre l'augmentation de la qualité et de la reproductibilité en production, les solutions proposées conduiront à une plus grande flexibilité et à une réduction de la durée et des coûts de développement de ces procédés. [The global aim is to propose, in the context of yeast fermentations in food industry, methods for determining operational conditions optimizing objective criteria (productivity, reproducibility, compliance with the product specifications: activity, stability, ability of the yeast to be dried) and closed loop controllers allowing to maintain these optimal conditions on line. Command signals (influencing these objective criteria) and measured signals (witnesses of the commands impact on the process behavior and on these criteria) will be selected, being sure that they are indeed available in the industrial context. In order to quantify that impact, microscopic models describing the yeast metabolism will be used. Due to their complexity (leading to problems regarding parameter estimation and use for the controller synthesis), model reduction techniques will be used so as to obtain macroscopic models (biomass and extracellular components). The optimal conditions and the controllers will be deduced from these mathematical models. The fermentation experiments for the parameter estimation of the models and for the optimal conditions and controllers validation, will be realized with the pilot bioreactor of the 3BIO department and in the fermentation R&D department or our industrial partner Beldem. Besides the increase of quality and reproducibility at the level of the production, the proposed solutions will lead to a higher flexibility and to a time and costs reduction at the level of the process development.]
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Ecole polytechnique de Bruxelles
