Conclusions générales et recommandations

L'utilisation de l'anhydrase carbonique pour la capture du C02 n'en est encore qu'à ces

premières armes. Peu de procédés ont été développés et aucun d'entre eux n'a su démontrer de potentiel à l'échelle industrielle (Lacroix et Larachi, 2008). Toutefois plusieurs avenues intéressantes n'ont pas encore été explorées. Une de celle-ci consiste en l'utilisation d'un réacteur monolithique, ce type de réacteur offre plusieurs avantages dont le plus important est de permette un excellent transfert de matière. Le présent projet de recherche avait pour but de réaliser une étude cinétique de l'hydratation du CO2 en présence d'anhydrase carbonique humaine de type II immobilisée sur les parois d'un microréacteur, microréacteur s'apparentant à un microcanal composant les réacteurs monolithiques. Une vis hélicoïdale a été introduit dans le microréacteur ce qui a permis d'augmenter la diffusion axiale et radiale. Différentes conditions opératoires ont été testées lors cette étude cinétique :(i) le débit volumétrique, (ii) la concentration initiale en molécule de tampon non protoné et (iii) la concentration initiale en CC^. Les résultats expérimentaux obtenues suite à cette étude cinétique ont été des concentrations en bicarbonate à la sortie du microréacteur déterminées en régime permanent (ô/ôt=0).

La comparaison entre un microréacteur revêtu d'enzymes immobilisées et un microréacteur nu a permis d'observer la contribution de l'enzyme sur la réaction globale d'hydratation du CO2 selon différentes conditions opératoires. Les résultats expérimentaux ont démontré que la contribution de l'enzyme sur la réaction globale augmentait avec l'augmentation du débit volumétrique. Une explication possible de ce phénomène est reliée à la réaction non catalysée, un faible débit permet à la réaction non catalysée de se dérouler minimisant ainsi l'effet du biocatalyseur. La concentration initiale en C02 a elle aussi un

effet sur la contribution enzymatique, plus la concentration en CO2 est faible plus la contribution de l'enzyme sur la réaction globale d'hydratation est marquée. Une cause possible de cette observation provient du fait que pour les faibles concentrations en CO2 moins de bicarbonate est produit, donc moins d'inhibiteur, ce qui favorise la réaction enzymatique d'hydratation du CO2. Un autre paramètre fort important est la concentration initiale en molécule de tampon non protoné, celle-ci dicte l'étape limitante du mécanisme

réactionnel : le transfert intramoléculaire du proton (concentration élevée en molécule de tampon non protoné) ou le transfert intermoléculaire du proton (concentration faible en molécule de tampon non protoné). La contribution de l'enzyme sur la réaction globale d'hydratation du C02 était plus importante lorsque la concentration initiale en molécule de

tampon était de 20 mM que lorsqu'elle était de 10 mM ce qui est conforme avec le comportement de l'enzyme libre. La réaction enzymatique globale est optimale lorsque l'étape limitante est le transfert intramoléculaire du proton.

Les résultats expérimentaux ont permis de déterminer les constante cinétiques de la réaction d'hydratation du C02 catalysée par l'hCA II immobilisée grâce à un modèle

mathématique en 2 dimensions incluant la dispersion axiale et radiale couplées avec un modèle cinétique. Le mécanisme catalytique utilisé pour le développement du modèle cinétique est un mécanisme de type Quad Quad Iso Ping-Pong aléatoire, similaire à celui utilisé pour l'enzyme libre ce qui permet la comparaison des constantes cinétiques. Les turnover rates d'hydratation et de déshydratation (kh et kj) sont plus élevés pour l'enzyme libre que pour l'enzyme immobilisée (tableau 8 et 10). Concernant les constantes apparentes de Michaelis (Kco2, KHCO3-, KBOO) celle-ci sont plus élevées pour l'enzyme

immobilisée (tableau 8 et 10), ceci est dû au possible changement de conformation tridimensionnelle de l'enzyme suite à l'immobilisation rendant laborieuse la liaison du substrat à l'enzyme et/ou diminuant l'accessibilité du substrat au site actif de l'enzyme. Une autre cause possible est l'accroissement du transfert de matière dans le médium d'immobilisation. Quant aux constantes d'inhibition par le bicarbonate, elles sont inférieures pour l'enzyme immobilisée à l'exception d'une seule (tableau 8 et 10). Une explication probable pour ce phénomène provient du fait que plus la diffusion est importante moins l'inhibition ne l'est, puisque les inhibiteur affectent seulement les interactions chimiques entre le substrat et l'enzyme et non le processus de diffusion.

Les conclusions tirées de ce projet de recherche permettent de clarifier certains points concernant le design et les conditions opératoires d'un réacteur monolithique enzymatique gaz-liquide. L'un de ces points concerne la concentration en molécule de tampon non protoné, qui, idéalement, ne devrait jamais être inférieure à 10 mM, car en dessous de cette concentration l'étape limitante du mécanisme catalytique est le transfert inter moléculaire

ce qui entraîne un ralentissement de la réaction enzymatique globale. Un autre facteur déterminant de l'efficacité de ce type de réacteur est le contrôle de la concentration en produit (HCO3") inhibiteur. Actuellement, deux concepts semblent intéressants pour éliminer le bicarbonate suite à sa production : des résines échangeuses d'ions peuvent être utilisées pour adsorber le bicarbonate ou la précipitation du bicarbonate en carbonate de calcium grâce à l'ajout d'ion calcium (Ca *). L'application de ces méthodes dans le cas du un réacteur monolithe serait un sujet d'étude très intéressant.

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