Depuis quelques années les raffineries ont commencé à subir des déséquilibres forts en termes d’offre et de demande de produits pétroliers dus à l’exploitation de pétrole de plus en plus lourd et à la forte demande des fractions légères telles que l’essence et les distillats. Cette problématique a conduit à la recherche et le développement de nouveaux procédés en matière de raffinage qui permettent de valoriser les résidus pétroliers de faible valeur commerciale telle que les résidus atmosphériques et sous vide. Dans la gamme des procédés de raffinage des résidus pétroliers, le procédé d’hydroconversion de type slurry se présente comme une technologie attractive en raison de sa capacité de traiter les résidus pétroliers les plus lourdes. Cependant, la conversion profonde des résidus pétroliers ne peut être menée en mode passage unique. Le mode de fonctionnement recyclage offre une alternative pour atteindre la conversion profonde tout en offrant aussi une flexibilité opérationnelle aux unités d'hydroconversion en termes de sévérité et de consommation de catalyseur. L’objectif de cette thèse a été l’étude de l’impact du mode recyclage sur les performances du procédé d’hydroconversion en phase slurry d’un résidu sous vide. La première partie de cette thèse a été dédiée à la fiabilisation d’un micro-pilote continu et à la génération des données expérimentales à partir de cette unité. Pour les expériences d’hydroconversion, trois variables opératoire ont été variés : température, temps de séjour et taux de recycle. Les résultats expérimentaux obtenus ont permis d’évaluer l’impact du mode recyclage sur le procédé d’hydroconversion slurry. Afin de mieux comprendre l’impact du mode recyclage, la deuxième partie de la thèse a été dédiée au développement d’un modèle du micro-pilote en mode recyclage. Ce modèle a été développé prenant en compte la cinétique chimique déterminée précédemment dans un réacteur semi-batch et les modèles physique (hydrodynamique et transfert de matière) du micro-pilote. Le modèle a été validé en comparant ses prédictions avec les données expérimentales / In recent years, refineries have experienced strong imbalances in supply and demand of petroleum products due to the extraction of increasingly heavy petroleum and the high demand for light fractions such as naphtha and middle distillates. This problem has led to the research and development of new technologies for upgrading of heavy fractions with low commercial value such as atmospheric and vacuum residues. In this context, slurry-phase hydroconversion appears as an attractive technology capable of treating the heaviest feeds. However, the deep conversion of petroleum residues can’t be carried out in once-through mode. The recycling mode offers an excellent alternative to achieve the deep conversion while also providing operational flexibility to the hydroconversion units in terms of severity and catalyst consummation.The aim of this work was to study the impact of recycling mode on the slurry-phase hydroconversion performances of a vacuum residue. The first part of this work was dedicated to the reliability of a continuous micro-scale pilot unit and the generation of experimental data from this unit. For the hydroconversion experiments, three operating variables were varied: temperature, residence time and recycling rate. The experimental results obtained allowed evaluating the impact of recycling mode. In order to better understand the impact of recycling mode, the second part of this work was dedicated to the development of a model of the micro-scale pilot in recycling mode. This model was developed taking into account the chemical kinetics determined previously in a semi-batch reactor and the physical characterization (hydrodynamics and mass transfer) of the micro-scale pilot. The model was validated by comparing its predictions with experimental data

Dans les conduites pétrolières sous-marines ou dans celles de gaz, la formation des hydrates de gaz est un problème majeur. La présence de nouvelles particules solides formées à partir des molécules d'eau et des hydrocarbures légers (méthane, éthane...) sous haute pression et basse température au sein d'un effluent qui au départ est liquide, a pour effet d'augmenter brutalement la viscosité de l'ensemble, ce qui gène encore le flux dans son écoulement. Au bout du compte on peut observer un blocage complet de la conduite. Pour les éliminer après leur formation, on peut avoir recours à un procédé de dépressurisation symétrique. <br /><br />Pour étudier ce problème, nous avons utilisé deux appareillages. Avec ces deux systèmes, nous avons obtenu des bouchons de différentes tailles (7 cm, 10,75 cm et 12 cm de diamètre). Ils ont une porosité entre 0,25 et 0,9.<br /><br />Nous avons proposé un modèle numérique qui est basé sur la méthode d'enthalpie en milieu infini selon l'axe de symétrie radiale et pour des coordonnées cylindriques. Le modèle utilise une équation de la loi de Fourier modifiée afin de déterminer l'enthalpie en toutes positions de la phase liquide. Ce modèle intègre la porosité du bouchon, la structure des hydrates ainsi que la géométrie de la conduite. Ce modèle est validé par les données expérimentales présentes dans la littérature et nos résultats expérimentaux. <br /><br />Une méthode quasi-stationnaire est aussi proposée permettant de simplifier l'estimation de la durée de dissociation. L'erreur moyenne du temps de dissociation obtenu entre les deux méthodes est environ de 2,7 % pour une température comprise dans l'intervalle [273,15 K; 277,15 K] et une porosité entre 0,3 et 0,9.

Saccharothrix algeriensis est une bactérie filamenteuse capable de produire différentes molécules de la famille des dithiolopyrrolones présentant des activités antibiotiques et anticancéreuses. Ce travail porte sur l’analyse macroscopique et la modélisation du comportement dynamique de cette bactérie en vue de concevoir et d’optimiser un procédé de bioproduction de thiolutine. Les expériences menées en fermenteur de deux litres ont permis de décrire le comportement macroscopique de Sa. algeriensis. Sur substrat mixte (extrait de levure et glucose), la bactérie présente une croissance diauxique. La production de thiolutine, découplée de la croissance, est provoquée par l’épuisement du substrat préférentiel (extrait de levure). L’analyse des bilans carbone, azote et rédox nous a conduit à considérer deux phénomènes physico-chimiques qui n’étaient pas pris en compte dans le modèle proposé par Strub (2008) : l’entrainement de l’ammonium dans la phase gazeuse et l’adsorption des ions ammonium et des acides aminés sur la biomasse. Les données réconciliées sur la base des bilans élémentaires sont utilisées comme support pour la construction d’un modèle stœchio-cinétique. Différentes approches de modélisation des cinétiques et de représentation des bascules métaboliques ont été testées afin de retenir un schéma stœchio-cinétique apparent cohérent avec les données réconciliées. Cette étape de discrimination a été réalisée à l’aide de la toolbox ExOptim, développée en partenariat avec AgroParisTech. Cet outil, alliant une méthode d’optimisation robuste tout en limitant les temps de calcul, permet de prendre en compte les erreurs de mesure dès la mesure initiale et de reparamétrer indépendamment les paramètres du modèle et les données expérimentales. Les cinétiques réactionnelles sont représentées de manière satisfaisante par l’association du modèle de Monod et la loi logistique. Les seize paramètres du modèle sont identifiés sur sept expériences indépendantes. Le modèle finalement obtenu est ensuite testé sur cinq nouvelles expériences aux conditions initiales différentes. Ce modèle permet de prédire raisonnablement les cinétiques de croissance et de production de thiolutine. Toutefois, son utilisation reste limitée à des conditions initiales proches de celles de cette étude. / Saccharothrix algeriensis is a filamentous bacterium that produces several dithiolopyrrolone compounds with antibiotic and antitumor properties. This study focuses on the macroscopic analysis and modelling of the dynamic behaviour of this bacterium, in order to design and optimize the bioproduction process of thiolutin. Experiments were conducted in a two-litres bioreactor to characterise the macroscopic behaviour of Sa. algeriensis. On a medium containing several substrates (yeast extract and glucose), the bacterium shows a diauxic growth. Thiolutin production, which appears to be dissociated from growth, is triggered by the preferential substrate (yeast extract) depletion. The analysis of the carbon, nitrogen and redox balances led us to consider two physicochemical phenomena, which were not taken into consideration in the model proposed by Strub (2008): ammonium stripping in gaseous phase and adsorption of ammonium ions and amino acids on biomass. The data, reconciled on the basis of elementary balances, were used for the construction of a stoichio-kinetic model. Different modelling of kinetic and metabolic switches were tested in order to select a stoichio-kinetic model consistent with the reconciled data. This discrimination step was carried out using the ExOptim toolbox, developed in partnership with AgroParisTech. This toolbox combines a robust optimisation method and a reduced computation time. The experimental biases are taken into account from the first measurement and model parameters and experimental data reconditioned independently. The reaction kinetics are well represented by association of the Monod model and logistic laws. The sixteen model parameters were estimated from seven experiments. Finally, the model was validated by five additional experiments using different initial conditions. The kinetics of growth and thiolutin production are reasonably well predicted. However, the model is limited to initial conditions close to those of this study.