Bioprocédés en traitement de l’air - Modélisation et simulation de bioréacteurs

Des premiers traitements biologiques de l’air et en particulier des odeurs ont été mis en place industriellement en France dans les années 1980. Actuellement, on compte environ 300 installations industrielles, principalement des biofiltres, mais les biolaveurs connaissent actuellement un intérêt certain . Ces systèmes biologiques de traitement de l’air sont bien adaptés au traitement de forts débits d’air faiblement chargés en molécules odorantes ou en composés organiques volatils à . Des données de dimensionnement et des conditions opératoires ont été établies expérimentalement sur des unités pilotes de laboratoire ou sur sites industriels. Cependant, afin de pouvoir mieux concevoir, dimensionner et gérer les bioprocédés, par une compréhension fine des processus impliqués, il convient de savoir modéliser et simuler numériquement l’ensemble des phénomènes. Plusieurs voies sont possibles soit par des modèles stochastiques (corrélations de données expérimentales), soit par des modèles déterministes (équations de bilans, de transfert, d’écoulement...) . Un couplage des deux approches permet de mieux appréhender la complexité des systèmes. Pour cela, on utilise une mise en équation des phénomènes physiques, chimiques et biologiques tout en y adjoignant des relations empiriques issues d’études statistiques de données expérimentales.

Cet article présente des modèles de simulation des performances des procédés biologiques mis en œuvre pour éliminer les composés polluants biodégradables et suffisamment hydrophiles présents dans l’air. Ainsi seront développés les modélisations des biofiltres, des filtres percolateurs et des biolaveurs. Il s’appuie sur les concepts et les principes de base du génie des procédés en intégrant les spécificités des systèmes biologiques.

Des exemples d’applications de ces modèles permettent de montrer tout l’intérêt d’une telle approche pour la conception, le dimensionnement et la gestion opérationnelle des procédés. Ils permettent aussi de mesurer l’écart entre la simplicité des représentations adoptées à l’heure actuelle et la complexité des phénomènes physico-chimiques et biologiques dans ces systèmes en conditions de fonctionnement réelles, résultant notamment du mélange de molécules et de leur variabilité dans le temps.

L’étude pratique de ces procédés de traitement biologique de l’air a été présentée dans le dossier Bioprocédés en traitement de l’air- Mise en œuvre ou . Le lecteur s’y reportera si nécessaire.