Extrapolation des fermenteurs aérobies par modélisations Eulerienne et Lagrangienne – TRABOULE

Le projet a pour objectif d'améliorer les outils d’extrapolation des fermenteurs aérobies industriels. La réduction des gaz à effet de serre repose entre autres sur la décarbonation de l’industrie et la production de produits chimiques et de carburants (SAF compris). Pour cela, les biotechnologies permettent de remplacer une partie des produits chimiques et des carburants d’origine fossile par des produits biosourcées issus de procédé fermentaires sélectifs et peu énergivores. L’extrapolation des fermenteurs est un sujet complexe, et la CFD est identifiée depuis des années comme un outil prometteur d'extrapolation, en remplacement de corrélations empiriques trop imprécises. Mais son usage reste limité par la difficulté à prédire des propriétés des systèmes gaz-liquide comme la taille, la vitesse des bulles, et leurs trajectoires, notamment dans des milieux fermentaires complexes.
La stratégie proposée repose sur 2 originalités majeures. D’un point de vue expérimental, il est proposé d’investiguer les propriétés de la phase gazeuse de cuves agitées aérées sur une plage de taille inouïe : de 20L à 15m3, en bénéficiant d’outils expérimentaux existants à l’IFPEN et au TUHH. Pour cela des métrologies récentes seront utilisées. D’un point de vue numérique, des modélisations de type Lattice-Boltzmann seront réalisées en présence d’un grand nombre de bulles (jusqu’à plusieurs millions) en se basant sur une approche lagrangienne. Ce jumeau numérique rigoureux permettra de simuler des équipements à l'échelle pilote, et d'analyser les trajectoires des bulles dans la cuve agitée. L'analyse statistique des simulations effectuées avec le modèle LBM servira à améliorer et à valider des lois de fermeture d'un modèle CFD de type Euler/Euler RANS, ce dernier étant moins résolu dans l'espace que le modèle LBM mais capable de simuler des fermenteurs de tailles industrielles. La validation de cet outil sera réalisée sur le dispositif de 15m3 disponible à Hambourg