L’objectif de cette étude est l’intensification des performances de production d’éthanol à partir d’effluents industriels à ba

Production d’éthanol à partir d’effluents industriels à base de blé : optimisation et modélisation du procédé industriel.

CAMELEYRE Xavier, ALFENORE Sandrine, GUILLOUET Stéphane, URIBELARREA Jean Louis et JOUVE Carole

Laboratoire Biotechnologie-Bioprocédés, UMR CNRS 5504, UMR INRA 795, INSA, 135 avenue de Rangueil, 31077 TOULOUSE cedex 4, France

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L’objectif de cette étude est l’intensification des performances de production d’éthanol par Saccharomyces cerevisiae à partir d’effluents industriels à base de blé.

Notre action s’articule autour de deux axes :

• 
  étude du mode de culture : co-saccharification et fermentation ; complémentation du milieu industriel et optimisation du mode de conduite de la fermentation en vue d’augmenter les rendements et productivités en éthanol.
  
• 
  développement d’un logiciel de modélisation, simulation et d’optimisation de procédés biologiques appliqué à un procédé continu de production d’éthanol à partir d’effluents industriels à base de blé.
  

Sur le plan expérimental, le milieu industriel a été caractérisé d’un point de vue physico-chimique et biologique, les cinétiques enzymatiques de saccharification ont été étudiées afin d’être prises en compte dans le modèle. Puis, nous nous sommes attachés à l’optimisation des paramètres de fermentation : complémentation du milieu industriel, influence de la température, de l’aération et du mode d’apport des enzymes de saccharification.

Ainsi, à partir de conditions opératoires optimales, une concentration en éthanol de 110 g/L (14° G.L.) a été atteinte en 26 heures avec une productivité globale de 4,2 g/L/h et un rendement éthanol de 0,42 g/g.

A l’aide des résultats expérimentaux, le modèle biologique retenu a été structuré et paramétré. Il est basé sur des équations cinétiques liant les différentes vitesses spécifiques aux variables d’état suivantes : biomasse (viable et morte), éthanol, substrat, azote, glycérol et acide succinique, dioxyde de carbone et oxygène. En associant ce modèle cinétique aux équations cinétiques d’hydrolyse enzymatique du substrat, les dynamiques en cultures discontinues et continues sont définies selon le procédé industriel choisi.

Cette application développée sur la base du logiciel ModProBio (Modélisation de Procédés Biologiques) constitue une aide à la conduite de procédés de production d’éthanol et est directement adaptable à d’autres procédés biologiques.