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Mardi 04 octobre 2016 : Thèse de Ségolène Belletante

Mardi 04 octobre 2016 : Thèse de Ségolène Belletante

- La thèse se déroulera le Mardi 04 octobre 2016 en salle des thèses (campus INP-ENSIACET) à 14h

- Intitulé de la Thèse :

  • "Méthode multi-échelle pour la conception optimale d’une bioraffinerie multiproduit"

- Jury

  • Ludovic Montactruc (Directeur)
  • Stéphane Negny (Codirecteur)
  • Serge Domenech
  • Violaine Athes (Rapporteur)
  • Mauricio Camargo (Rapporteur)
  • Ludovic Raynal

- Résumé :

  • De nos jours, de nouvelles technologies sont développées pour produire efficacement des produits dérivés de matières premières autres que le pétrole, comme par exemple la biomasse. En effet, la biomasse et plus spécifiquement la biomasse non alimentaire possède un fort potentiel comme substitut aux ressources fossiles pour des raisons environnementales, économiques et politiques.
  • Dans ce contexte, l’étude des bioraffineries offre de nouvelles opportunités pour le Process System Engineering et plus particulièrement pour des activités de recherche qui visent la conception de systèmes constitués d’entités interconnectés. En effet, le verrou principal se concentre sur la modélisation et l’optimisation multi-échelle de la bioraffinerie qui permet l’intégration de plusieurs échelles spatiales allant de l’échelle moléculaire à celle de l’unité de production. Ces différentes échelles sont essentielles pour décrire correctement le système puisqu’elles interagissent en permanence. La forte dilution des courants est le meilleur exemple pour illustrer ces interactions. En effet, la présence d’eau induit de nombreux problèmes thermodynamiques (azéotropes, etc.) à l’échelle moléculaire, ce qui impacte fortement la topologie du procédé notamment sur les étapes de séparation, de purification et de traitement des purges (pour limiter les pertes en produits). Ainsi, la performance de la séquence d’opérations unitaires de l’étape de purification dépend entièrement de la concentration en eau. De plus dans la conception de bioraffinerie, il est fréquent de coupler fermentation et séparation afin d’améliorer les performances de la fermentation et de limiter la présence d’eau dans l’étape de purification. Par ailleurs, la grande quantité d’eau à chauffer ou refroidir entraine la nécessité de réaliser l’intégration énergétique du réseau d’échangeurs du procédé afin de minimiser le coût les dépenses énergétiques.
  • L’objectif de ce travail est alors de proposer une méthodologie générique et les outils associés afin de lever certains verrous de la modélisation et l’optimisation multi-échelle de la bioraffinerie. Basée sur une approche par superstructure, la finalité de la méthodologie est d’évaluer les performances des alternatives étudiées en termes technico-économiques, environnementaux et d’efficacité énergétique en vue de son optimisation multi-objectifs pour trouver la voie de traitement optimale pour le(s) bioproduit(s) d’intérêt. Le cas d’application retenu se focalise sur la production de biobutanol à partir du système Acétone-Butanol-Ethanol et d’une biomasse d’origine forestière.
  • La première étape de la méthodologie proposée concerne la création de la superstructure de la bioraffinerie basée sur une décomposition de cette dernière en 5 étapes principales : le prétraitement, la fermentation, la séparation, la purification et le traitement des purges.
  • Ensuite, la seconde étape consiste à modéliser chaque alternative de procédé. Cette modélisation utilise un modèle thermodynamique à coefficients d’activité afin de décrire le comportement fortement non-idéal des molécules du milieu. De plus, l’intégration du traitement des purges et de l’intégration énergétique durant cette étape permet d’améliorer le procédé.
  • Enfin, la dernière étape s’intéresse à l’optimisation multi-objectif qui se focalise sur différents aspects : maximisation de la production, minimisation des coûts, du prix minimal de vente des bioproduits, des pertes en produits et de l’impact environnemental. Cette dernière étape inclut également des études de sensibilité sur les différents paramètres de la méthodologie : opératoires, économiques, environnementaux... A l’issu de l’optimisation, un compromis sera trouvé afin d’obtenir une bioraffinerie durable.

- Mots Clefs :

  • Bioraffinerie - Optimisation - Conception optimale - Modélisation des procédés - Biobutanol