INDIRECT MEASUREMENT AND CONTROL OF YEAST FOR CHAMPAGNE PRODUCTION | MESURE INDIRECTE ET CONTROLE DE LA CONCENTRATION EN LEVURES LORS DE LA PRODUCTION DE LEVAINS DE TIRAGE EN CHAMPAGNE

anglais. The aim of this work is to develop and validate different methods to measure and control the yeast starters production (S. bayanus) which ensure the "prise de mousse" in Champagne. The lack of reliable sensors, the non linear character of the kinetics and the non stationary dynamics of yeast growth lead to realise the indirect measurement of the yeast concentration. Two vats were equipped with a temperature sensor and a volumetric gas counter. The indirect measurement of yeast concentration was obtained with mathematical models using the on line measurements. Different architectures of static and dynamic neural networks have been established from 29 long (3 to 6 clays) and short (21 hours) cultures and compared to linear models. Combined with a measurement model, an hybrid model was built. It allowed yeast, sugar and ethanol concentrations in the vats to be estimated or predicted from the initial conditions. Considering 175 cultures (different culture cycles obtained on 4 years), the mean error observed on yeast concentration prediction was 4,5 % (±2,1.106 cells/ml). The final predicted concentrations for sugar and ethanol of 67 cultures were obtained with a mean error of ± 1,6 g/I (5,6%) and ± I , I g/I (1,2%). This dynamic model, used for process simulations, was helpful to determine the quantitative effect of the culture time, the initial yeast concentration and the control variables (pH, culture temperature) on the final quantity of yeast obtained. Different predictive control laws using the hybrid model had been implemented to obtain a defined final yeast concentration by adjusting the fermentation temperature. The hybrid model was also used to predict the daily needs (yeast concentration, characteristics of the medium renewal : water, wine and liquor volumes) of a Champagne production facility. The study of some physiological characteristics show that this mode of culture was convenient for the "prise de mousse".

français. Ce travail a pour objectif de mettre au point et de valider une methode de mesure et de controle de Ia concentration des levures (S. bayanus) utilisees pour Ia prise de mousse des vies de Champagne. Le manque de capteurs fiables, le caractere non lineaire des cinetiques et Ia dynamique non stationnaire de Ia croissance des levures oblige a mettre en ceuvre tine mesure indirecte de leur concentration. Cette mesure indirecte utilise un modele mathematique et des donnees fournies par un compteur volumetrique de gaz et une sonde de temperature installes sur les deux cuves de production de ferments. Plusieurs modeles mathematiques correspondant a plusieurs configurations de reseaux de neurones, statiques et dynamiques, ont ete identifies sur 29 cycles de culture courts (21 heures) et longs (3 a 6 jours). Leurs performances sont comparees a celles de modeles lineaires multivariables. Finalement, la modelisation dynamique du procede a ete realisee a l'aide d'un modele mixte qui associe un reseau de neurones dynamique a un modele de mesure. Elle permet, connaissant les conditions de culture initiales (concentrations en levures, en sucres, en ethanol...), d'effectuer Ia mesure indirecte, en temps reel, des concentrations en levures, en sucres et en ethanol clans les cuves en fermentation. Sur 175 fermentations realisees (cycles de culture repartis sur 4 campagnes annuelles), l'erreur moyenne observee sur la prediction de la concentration en levures est de 4,5 % (soit ± 2,1.106 cellules/ml). Les concentrations finales en sucres et en ethanol sont predites sur 67 cultures avec une erreur moyenne de ± 1,6 g/1 (5,6%) et de ± 1,1 g/1 (I ,2%). En outre, l'utilisation de ce modele en simulation a permi de quantifier l'effet du temps de culture, de la concentration initiate en levures et des variables d'action (pH, temperature) sur Ia quantite finale de levures obtenue en fin de cycles long et court. Plusieurs algorithmes de controle utilisant le modele mixte, ont ete ensuite evalues. Le controle predictif des quantites de levures produites, au cours d'un cycle quelconque de culture, est realise en ajustant la temperature de fermentation principalement a l'instant initial, eventuellement lors des 10 premieres heures de culture. Afin Waller plus loin dans la conduite du procede, le modele mixte a ete utilise pour etablir, en fonction du nombre de bouteilles a ensemencer dans l'atelier de production de Champagne, les besoins quotidiens en levures et en quantite de milieu de culture a renouveler dans chaque cuve de fermentation (proportions d'eau, de vin et de liqueur). L'etude de quelques aspects physiologiques du developpement des levures a permi de verifier que la methode mise au point ne modifiait pas les conditions de la prise de mousse. Mots cle : Reseaux de neurones, Mesure indirecte, Controle, Capteurs logiciels, Simulation, pH, Sacchammvces. bayanus, Vin, Fermentation.