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RÉSUMÉ
Les biotechnologies utilisées pour la dépollution des émissions gazeuses, et qui convertissent les composés organiques polluants en dioxyde de carbone et eau, se sont considérablement développées ces dernières années. La connaissance des phénomènes physiques, chimiques et biologiques mis en jeu permettent la modélisation de ces bioréacteurs, et ainsi la prédiction de leurs performances d’épuration. Cet article décrit le cadre théorique des différents modèles de représentation, en avançant pour chacun des exemples d’applications.
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Pascaline PRÉ : Maître de ConférenceÉcole des Mines de Nantes
INTRODUCTION
Les biotechnologies applicables à la dépollution des émissions gazeuses sont de mieux en mieux développées. Elles sont classées parmi les technologies destructives car elles permettent de convertir les composés organiques polluants en dioxyde de carbone et eau (voir articles [G 1 700] et [G 2 971]).
Les caractéristiques de fonctionnement des différents types de procédés biologiques utilisés pour le contrôle de la qualité des émissions gazeuses : biofiltres, filtres percolateurs et biolaveurs, ont été amplement décrites dans l’article [G 1 780] « Bioprocédés en traitement de l’air. Mise en œuvre ». Cependant, afin de mieux concevoir, dimensionner et gérer ces unités, il est nécessaire de rendre compte de l’ensemble des phénomènes physiques chimiques et biologiques mis en jeu. À partir de la compréhension fine des processus impliqués, il convient ainsi de modéliser les systèmes pour pouvoir prédire leurs performances d’épuration dans les conditions spécifiées.
Cet article décrit les bases théoriques sur lesquelles sont fondés les modèles classiquement développés dans la littérature, permettant de représenter les différents types de bioréacteurs appliqués au traitement d’effluents gazeux.
Ces modèles sont issus d’une approche déterministe couplée à une approche stochastique, permettant d’appréhender la complexité des mécanismes. Ils s’appuient ainsi sur la formulation et la résolution d’équations de bilan de matière, auxquelles on adjoint des relations empiriques issues d’études statistiques de données expérimentales. Les principes de base du génie des procédés sont utilisés, en intégrant les spécificités des systèmes biologiques.
Des exemples d’applications de ces modèles permettent de montrer tout leur intérêt pour l’amélioration des performances et la gestion opérationnelle des procédés. Ces exemples permettent aussi de mesurer l’écart entre la simplicité des représentations adoptées à l’heure actuelle et la complexité des phénomènes régissant les procédés dans les conditions réelles de fonctionnement, résultant notamment de leur variabilité dans le temps.
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3. Modélisation des biolaveurs
3.1 Équations de transferts et de biodégradation
Le développement de bases théoriques aptes à décrire le fonctionnement des biolaveurs a été relativement peu abordé dans la littérature . En effet, dans les biolaveurs, on considère le plus souvent que les deux opérations d’absorption et de biodégradation sont réalisées séparément. Le transfert des polluants de la phase gaz vers la phase liquide est effectué dans la colonne de lavage tandis que la biodégradation a lieu essentiellement dans le bassin de régénération. Ainsi, la modélisation du biolaveur s’effectue en deux étapes. La première fait appel aux principes de dimensionnement classiques du génie de procédés pour le calcul des unités de lavage physico-chimique (se reporter à l’article Distillation. Absorption. Colonnes garnies de ce traité), tandis que la seconde utilise les concepts de la bio-ingénierie pour modéliser le bioréacteur. Dans de nombreux cas, cette approche simplifiée de la modélisation d’un biolaveur sera satisfaisante, à condition cependant que l’on puisse considérer que la consommation biologique de substrats dans la colonne de transfert est bien plus faible que celle dans le bassin.
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BIBLIOGRAPHIE
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