La pile microbienne électrolytique (MEC) représente une nouvelle technologie qui peut être appliquée pour le traitement des eaux usées combiné avec la production d'hydrogène ou de biogaz. La MEC est un dispositif bioélectrochimique, qui contient une anode et une cathode connectées à une alimentation externe. La modélisation dynamique et l'optimisation de réacteurs basés sur une MEC représentent plusieurs défis.
Cette thèse commence par la présentation de la MEC de type « circuit équivalent électrique » (EEC), qui fournit un outil pour la surveillance en temps réel et permet l'estimation des paramètres de la MEC. Lors du traitement des eaux usées, une surveillance en continue des MEC est essentielle pour assurer des performances adéquates, et à cet égard, le modèle EEC le permet. Le modèle EEC de base implique deux résistances (R0 décrivant les pertes ohmiques et R1 les pertes d'activation) connectées en série avec la force électromotrice interne (FEI). De plus, la croissance du biofilm est représentée par la capacitance (C) connectée en parallèle avec R1. Ses paramètres électriques internes peuvent être estimés numériquement en minimisant la différence entre le courant théorique et mesuré de la MEC. De plus, les mêmes paramètres peuvent être estimés en utilisant une solution analytique du modèle EEC. Dans ce cas, la MEC doit être utilisée pendant une courte période (par exemple 1 à 2 minutes) avec une connexion intermittente de l'alimentation électrique. Une telle connexion est effectuée à des fréquences hautes et basses pour estimer R0 (à haute fréquence) et R1 et C (à basse fréquence). De plus, la FEI est estimée par la MEC dans des conditions de circuit ouvert.
Pour démontrer l'approche proposée, des expériences ont été effectuées avec plusieurs concentrations de sources de carbone entrantes. Les paramètres électriques internes de la MEC ont été estimés à des intervalles de 6 h. Le modèle EEC a permis de décrire avec succès la dynamique électrique de la MEC et de suivre les changements des paramètres électriques. Grâce à la simplicité du modèle, il peut être utilisé pour développer un système de surveillance et de diagnostic des MEC en temps réel. Un tel système de suivi en continu pourrait être essentiel au bon fonctionnement des systèmes de traitement des eaux usées à grande échelle basés sur les MEC. Les paramètres du modèle EEC fournissent un aperçu des performances des MEC soumises à diverses perturbations en temps réel. Cette thèse présente des résultats pour la surveillance en temps réel de MEC avec différentes concentrations influentes. Avec l'augmentation de la concentration de l'influent, il y a une diminution subséquente de la résistance interne de la MEC et une augmentation de la C interne.
