Réacteur enzymatiques à membranes

Habibou Sylla

Description

Etude et optimisation d'un réacteur enzymatique à membrane

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• Publié par: SYLLAL
• Publié le: 15 septembre 2012
• Nombre de lectures: 952
• Langue: Français

Extrait

Habibou S. Etude et optimisation d’un REM pour la synthèse des composés aromatiques -Mars à juillet 2010






Au terme de ce modeste travail, je présente mes sincères et vifs remerciements à ma tutrice de
stage Mme PAOLUCCI Delphine-Jeanjean, maître de conférence à L’ENSCM, qui m’à initié
à la recherche; qu’elle trouve à travers ces phrases l’expression de mes humbles et profondes
gratitudes et reconnaissances, non seulement pour son encadrement et pour toute la confiance
qu’elle m’à accordée, mais aussi pour sa disponibilité, sa patience et sa rigueur qui m’ont été
d’un bénéfice vraiment inestimable.

Mes remerciements vont également à Mme Marie pierre BELLEVILLE, maître de conférence
à l’université de Montpellier II et co-encadrante de ce travail, pour son implication, ses directives,
son assistance et ses précieux conseils clairement affichées lors de ce stage

Je tiens aussi à remercier la doctorante Sawsen Ben Ameur pour ses orientations et conseils sans
oublier d’exprimer toute ma sympathie à l’ensemble du personnel de l’IEM, plus particulièrement
l’équipe GPM avec qui j’ai partagé beaucoup de choses.










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Habibou S. Etude et optimisation d’un REM pour la synthèse des composés aromatiques -Mars à juillet 2010



I-INTRODUCTION………………………………………………………………………………3
II-PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL……………………………………4
III-ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE :…………………………………………………………….5
III.1-Les réacteurs enzymatiques:.…………………………………………...……………….........5
III.1.1-les réacteurs fermés :..……………………………………………………………………...5
III.1.2-les réacteurs continus :……………………..5
III.1.2.1-Les réacteurs lit fixe/lit fluidisé :…...…………………………………………………….5
III.1.2.2-Les réacteurs à membranes (REM) :…. ………………………………………………....6
III.1.2.2.1-Les réacteurs enzymatiques à membrane à enzymes libres (REMEL) :…….………....6
III.1.2.2.2-Les réacteurs enzymatiques à membranes « actives » (REMA) :…... …………….......6
Elaboration des Membranes actives……………………………………………………………….6
a- Méthodes classiques d’immobilisation sur supports conventionnels :……………………..…...6
b- L’immobilisation sur membrane :.…...………………………...………………………..……...8
III.2-Généralité sur les lipases :….………………………………………………………………...8
IV-MATERIELS ET METHODES :…………………………………………………………..10
IV.1-
Matériels :.....…………………………………………………………….………………......10
IV.1.1-
Enzymes :..…………………………………………………….…………………………...10
IV.1.2-Solutions chimiques et solvants :..………………………………………………..….….10
IV.1.3-Membranes :.……………………………………………………………………………...10
IV.1.4-Pilote pour le lavage et l’immobilisation :.……………………………………………....11
IV.1.5-Pilote pour l’étude de l’activité des membranes en Hydrolyse :……………………….....12
IV.2-Méthodes :..……………………………………………………………………………….13
IV.2.1-Protocole d’élaboration des membranes « actives »:
...………………………………….13
IV.2.2-Détermination de la quantité d’enzymes
immobilisées :….…..………………………..…14
IV.2.3-caractérisation des membranes actives : Réaction d’hydrolyse………………………….15
IVIV.2.4-régénération des supports céramiques…………………………………….………...15
V-RESULTATS ET DISCUSSION…………………………………………………………..16
V.1-Détermination de l’activité immobilisée des lipases au niveau des membranes :..……….…18
V.2-Etude de l’activité de nos membranes actives en hydrolyse :…..…….……………………..19
V.2.1.1-Evolution de l’activité membranaire en fonction de l’activité initiale :…...…………….19
V.2.2-Evolution de l’activité membranaire en fonction de l’activité immobilisée……………....20
CONCLUSION ET PERSPECTIVES………………………………….…………………....21
Références Bibliographiques………..…………………………………………………….……22
Annexes………………………………………….……………………………………………….23
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Habibou S. Etude et optimisation d’un REM pour la synthèse des composés aromatiques -Mars à juillet 2010





I INTRODUCTION

Durant ces dernières décennies, l’emploi des biocatalyseurs lors de synthèse de composés
organiques s’est considérablement développé, tant au niveau académique qu’industriel.
En effet les procédés biocatalysés sont une alternative attrayante aux méthodes chimiques car ils
présentent les avantages d’être moins polluants, d’avoir une meilleure connotation pour les
consommateurs et d’être plus spécifiques.
Dans ce contexte, un projet ANR appelé ENZYPRO a démarré en Décembre 2008 avec une thèse
de doctorat. Ce projet implique un laboratoire universitaire, l’Institut Européen des Membranes,
spécialiste des matériaux et procédés membranaires et notamment des réacteurs enzymatiques à
membranes et deux industriels : un concepteur et fabricant d’équipements fonctionnant en milieu
supercritique et un fabricant mondialement reconnu d’arômes et de parfums.
L’objectif de ce projet est de trouver un nouveau procédé durable permettant de remplacer la
méthode actuelle de synthèse des esters aromatiques (synthèse chimique).
Le procédé alternatif proposé est un réacteur enzymatique à membrane (REM). Le catalyseur
chimique est remplacé par des enzymes qui sont immobilisées à la surface d’une membrane
céramique. La réaction a donc lieu lorsque les substrats traversent la membrane au sein d’un
REM fonctionnant en continu.
Par ailleurs, le CO2 supercritique sera choisi comme solvant en remplacement des solvants
organiques classiques de façon à protéger l’environnement et à simplifier les étapes de séparation
produit/solvant.
Ainsi le présent stage devant se dérouler sur la période du 8 mars au 31 juillet 2010(05 mois) se
situe dans ce cadre ; Le travail expérimental relatif à ce stage comprend principalement :
 La fabrication des membranes (étanchage, lavage et immobilisation des enzymes)
 Le dosage de l’activité enzymatique (quantité d’enzyme immobilisée) et de l’activité
hydrolytique (activité enzymatique de la membrane fabriquée).
 L’étude de la réaction modèle (réaction de synthèse)
 L’étude du diamètre des pores
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 L’étude de l’effet du conditionnement
 L’étude comparative de la réaction en substrat purs et en présence de solvants.
 etc…

II PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL

L’Institut Européen des Membranes est une Unité mixte de Recherche (UMR 5635) du CNRS
dont l’organisme principal de rattachement est l’Ecole de Chimie de Montpellier et l’organisme
secondaire est L’Université Montpellier 2. Il est l’un des quatre Instituts du Pôle Chimie
Montpelliérain.
Les thèmes de recherches au sein de l’institut concernent entres autres :
 la séparation et le traitement des gaz
 les systèmes a haut rendement et/ou sélectivité en milieu liquide
 les membranes à conduction ionique
 la miniaturisation des systèmes membranaires
 les matériaux combinatoires dynamiques adaptatifs
Par contre il existe six principales équipes de recherches :
 Transport Ionique et Électroséparations
 Nano systèmes Supramoléculaires Adaptatifs
 Membranes Céramiques et Hybrides par voies Sol-Gel et Plasma
 Matériaux Avancés pour l’Analyse et la Séparation
 Interfaces et Membranes Bio inspirées
 Génie des Procédés Membranaires
Le présent stage s’est déroulé au sein de cette dernière équipe (génie des procédés membranaires)
dont les axes de recherches et les compétences associées sont :
 la séparation de gaz et réacteurs catalytiques membranaires ,
 contacteurs membranaires,
 réacteurs enzymatiques à membrane (en milieu conventionnel ou CO2 supercritique),
procédés membranaires pour la séparation affine,
 conception, optimisation et modélisation des procédés membranaires,
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 génie de l’élaboration de membranes céramiques fonctionnalisées (membranes
enzymatiques, membranes catalytiques, membranes de chromatographie)


III ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE :
III.1 Les réacteurs enzymatiques:
Ces dernières années, l’emploi de biocatalyseurs lors de synthèse organique est devenu un
procédé alternatif attractif face aux méthodes chimiques. En effet, les enzymes affichent aux
cours des ré