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[2014-04] Une approche transdisciplinaire pour la modélisation des écosystèmes microbiens de bioprocédés

Objectifs scientifiques

La première étape portera sur l’utilisation des équations thermodynamiques de croissance pour la modélisation des méthaniseurs, en adaptant un modèle existant : "Anaerobic Digester Model 1". Il s’agit du premier modèle mathématique complet de digesteur anaérobie.

L’équation de croissance bacté- rienne utilisée y est celle de Monod. Le travail consistera alors à remplacer l’équation de Monod par une équation thermodynamique issue des tra- vaux de T. Bouchez et E. Desmond. Ce modèle hybride sera ensuite implémenté et simulé avec MatLab, en vue d’être interfacé avec COMSOL et PHREEQC, qui sont des environnements de simulation physico-chimique. Cette implémentation permettra de calculer les équilibres thermodynamiques engendrés par le modèle pour ensuite les confronter à des données expérimentales, et ainsi ajuster les paramètres du modèle.

La deuxième étape mettra en jeu un autre type de réacteur (milieu poreux structuré). Le modèle devra alors inclure une compo- sante hydrodynamique (implé- mentée sous COMSOL) et sera de type individu centré, déve- loppé en collaboration avec Irstea LISC. Les voies métabo- liques utilisées par chaque bac- térie seront alors prises en compte. Le milieu étant struc- turé, le tropisme des bactéries sera simulé afin d’étudier la re- lation entre les croissances et pa- ramètre opératoires du procédé. La structuration de la commu- nauté bactérienne sera ainsi si- mulée et étudiée.

La troisième étape consistera en l’introduction d’une composante électrochimique au modèle. Le milieu poreux du réacteur du modèle sera conducteur, il sera alors possible de simuler la mise en en place et de contrôler un gradient électrique dans le mi- lieu. Le contrôle du potentiel électrochimique permettra alors d’ajuster l’exergie des réactions chimiques microbiennes, et ainsi de disposer d’un levier pour in- fluencer l’activité métabolique de la communauté microbienne. COMSOL sera de nouveau utilisé pour implémenter ce modèle, avec la collaboration le CNRS-LGC.

Coordination : BOUCHEZ Théodore

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