Modélisation d'un fermenteur continu multi-étagé pour l'étude de la fermentation alcoolique du vin
Résumé
La fermentation alcoolique est une étape cruciale de la vinification. Généralement réalisée en réacteur batch, elle consiste principalement en la bioconversion du sucre en éthanol et divers métabolites apportant au vin une partie de ses caractéristiques organoleptiques (glycérol, acides organiques, composés d'arômes, etc). La maîtrise de ce procédé implique une bonne connaissance des levures et de leur physiologie. C'est dans cette optique, que des chercheurs de l'UMR SPO (Sciences pour l'Oenologie) ont mis au point un fermenteur continu multi-étagé (FCME), composé de 4 réacteurs continus (chemostats) en série. L'objectif de cet outil est à la fois d'obtenir des levures dans des états physiologiques stables et de reproduire, en régime permanent, les différents stades transitoires de la fermentation en réacteur batch. En effet, le FCME permet de passer d'une échelle temporelle à une échelle spatiale avec la possibilité, par exemple, d'obtenir simultanément, dans les différents réacteurs, des levures en phase de croissance et en phase stationnaire, dans un environnement et un état physiologique stable dans le temps. Les chercheurs de l'UMR SPO ont montré expérimentalement qu'il était possible de "choisir'' la concentration en sucre atteinte, en régime permanent, dans chacun des réacteurs, en faisant varier les débits d'entrée de chacun des réacteurs. Une loi de commande a été mise au point pour rendre automatique le contrôle de la concentration en sucre, qui se faisait jusqu'alors manuellement, sur la base de données empiriques. La prochaine étape consiste à contrôler, en plus de la concentration en sucre, la vitesse de dégagement en C02 dans chacun des réacteurs. Pour contrôler la vitesse de dégagement en C02, une solution azotée sera ajoutée en continu dans chacun des réacteurs; le débit d'ajout d'azote sera modifié en fonction de la valeur à atteindre. La réalisation d'une loi de commande répondant à ce problème repose sur une modélisation adaptée du système. Plusieurs modèles de fermentation alcoolique décrivant l'évolution du sucre, de l'éthanol, de la biomasse (levures) et de l'azote (dont ont besoin les levures pour croitre) existent d'ores et déjà. L'objectif de ce stage était de comparer ces modèles, de les valider à partir de données experimentales et d'identifier les paramètres inconnus, pour enfin choisir un modèle et si besoin l'adapter au problème de contrôle considéré.