Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η δυναμική συμπεριφορά αμιγούς και απλού συναγωνισμού δύο μικροβιακών πληθυσμών που αναπτύσσονται σε δύο συζευγμένους χημοστάτες. Χρησιμοποιώντας το μοντέλο Andrews για τους ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και συνθήκες βαθμίδας συγκέντρωσης στην τροφοδοσία, η μελέτη του συστήματος γίνεται με εφαρμογή μεθόδων της θεωρίας διακλαδώσεων. Εξετάζοντας δύο περιπτώσεις τροφοδοσίας, παρουσία μικροοργανισμών και απουσία, κατασκευάστηκαν δύο λειτουργικά διαγράμματα ως προς το βαθμό σύζευξης r και το λόγο των όγκων λ των δύο αντιδραστήρων και βρέθηκε το είδος ευστάθειας των υπαρχουσών καταστάσεων ισορροπίας. Παρουσία μικροοργανισμών στην τροφοδοσία παρατηρήθηκαν περιοχές συνύπαρξης των δύο πληθυσμών σε μόνιμη, περιοδική και οιονεί περιοδική κατάσταση, ενώ υπάρχουν ενδείξεις και για χαοτική συμπεριφορά. Υπό στείρα τροφοδοσία βρέθηκε ότι συνύπαρξη μπορεί να επιτευχθεί μόνο σε μόνιμη και περιοδική κατάσταση σε μία ευρεία περιοχή των παραμέτρων λειτουργίας λ και r. / The dynamic behavior of pure and simple competition of two microbial populations growing in two interconnected bioreactors is investigated. Using Andrews inhibitory model and gradient in feed concentration, the use of bifurcation theory allows an in-depth analysis of the stability change mechanisms occurring in the system, when the operating parameters of the degree of coupling and the volume ratio change. Regions of species coexistence in all steady, periodic and quasi-periodic states are observed, while there is substantial indication of chaotic behavior. Under clean feed conditions coexistence is only possible in steady and periodic states.

Dans le contexte du développement de l’hydrogène-énergie, de nouvelles voies de production renouvelables sont étudiées, parmi lesquelles la fermentation obscure est un processus biologique convertissant la biomasse. Dans cette étude, ce procédé a été optimisé en réacteur agité semibatch par la sélection de cultures mixtes (boues de station d’épuration) et l’optimisation des paramètres de fermentation associés (température, ajout de substrat, régulation du pH). La présence majoritaire de bactéries du genre Clostridium a été observée dans le milieu fermentaire. Différents modes d’extraction des gaz produits ont été évalués, permettant d’intensifier le procédé par l’utilisation d’un gaz de balayage (N2 ou CO2). La mise en œuvre efficace en fonctionnement continu d’un bioréacteur membranaire dans une configuration d’extraction gaz/liquide a permis d’améliorer le rendement (> + 90%) et la productivité en H2 (> + 300%) par rapport au mode de fonctionnement continu en réacteur agité. Enfin, l’utilisation d’un substrat réel (bourbes viticoles) a permis de prouver la faisabilité du procédé dans une perspective d’industrialisation. / In the context of the development of hydrogen-energy, new renewable production ways are studied, among which dark fermentation is a biological process converting the biomass. In this study, this process was optimized for a semibatch reactor by the selection of mixed cultures (waste water treatment plant sludges) and the optimization of associated parameters of fermentation (temperature, add of substrate, pH regulation). The presence in majority of bacteria from the genus Clostridium was observed in the fermentation broth. Different extraction modes of the produced gas were evaluated, allowing to intensify the process by the use of a sparging gas (N2 or CO2). The successful implementation in continuous mode of a membrane bioreactor in a configuration of gas/liquid extraction allowed an increase in H2 yield (> + 90%) and productivity (> + 300%) compared to the continuous stirred tank reactor. Finally, the use of a real substrate (winery waste) allowed to prove the feasibility of this process in the prospect of industrialization.