1

Chapitre II: Cinétiques microbiennes

2

Introduction

La culture en milieu non renouvelé ou une culture

discontinue (« batch » en anglais) constitue en

l'étude de l'évolution des paramètres de la

croissance (Biomasse, Substrat, Produit) lors

d'une culture ou le milieu est défini au départ et

non modifié par la suite.

I. Culture en milieu non renouvelé

3

I.1. Cinétique de la biomasse

Lors de leur division les cellules bactériennes

s'allongent puis se divisent en deux. On peut

ainsi définir :

Le nombre de génération : n : le nombre de

génération double à chaque génération ; si N0 est

le nombre de bactéries au départ.

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temps nombre de bactéries / ml0 N0n 2*N0 = N12n 2*N1 = 2*(2*N0) = N23n 2*N2 = 2*(2*N1) = 23*N0 = N3

après n génération, on a :

Nt = N0 * 2n

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Le temps de génération : G : C'est le temps que dure un cycle

de croissance = temps de doublement de la population

Si une génération (n) dure un temps (t), alors G = t/n

Par exemple pour E. coli, G = 20 min dans les conditions

optimales de croissance

L'âge des bactéries : l'âge d'une bactérie est compris entre 0 et

G.

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Dans une population en croissance deux situations extrêmes

peuvent se présenter :

•« Première situation » : toutes les bactéries ont le même âge :

c'est le cas des cultures synchrones (à tout moment, toutes les

bactéries formant la population se trouvent à un même stade de

croissance). C'est à ces cultures que peut s'appliquer N = N0 * 2n

•« Deuxième situation » : aucune bactérie n'a le même âge : c'est

le cas des des cultures asynchrones (le plus proche de la

réalité). C'est à ces cultures que peut s'appliquer X = X0 * 2n (X :

Biomasse en g/L)

Cas d'une population en croissance

7

La quantification de la biomasse

1 : Méthode optique :

Turbidimétrie ou néphélémétrie

2 : Méthode gravimétrique :

Détermination de la masse par pesée selon un protocole

précis

Détermination du volume cellulaire

3 : Autres méthodes :

Dénombrement hématimétrique

Bioluminescence

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Procédé de culture discontinue

Réalisation en milieu FERME,

sans ajouts ou prélèvements

(sauf pour le suivi) de milieu de

fermentation après l'inoculation.

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Exemple

en STR (« Stirred tank Reactor » : fermenteur agité

mécaniquement ) ou air lift (fermenteur à agitation pneumatique)

Acide citrique : acidulant (boisson, confiture, confiserie..)

  : Aspergillus niger ou Candida guiliermondii.

Ferments lactiques : Streptococcus thermophilus, Lactobacillus

bulgaricus : yaourt, Streptococcus cremoris, Penicillium

roqueforti : fromages

Remarque:

Ces fermentations sont les plus anciennes et les plus utilisées à

l'échelle industrielle.

Le but est d'obtenir une concentration en produits ou en

biomasse, la plus élevée possible (productivités élevées) et un

temps d'occupation du fermenteur le plus bref possible.

10

Étude de la biomasseÉtude des phases de la croissance : Ln A = f(t)Les paramètres d'état ou variables d'état

11

Étude des phases de la croissance : Ln A = f(t)

Définition:

12

La courbe Ln A600 = f(t) permet de distinguer différentes phases lors de cultures asynchronesa : Phase de latence : Période d'adaptation, au cours de laquelle la cellule synthétise les enzymes et perméases ... qui lui seront nécessaires pour métaboliser les nutriments présents dans le milieu de culture.Durant cette première phase, il n'y a pas de reproduction cellulaire : A =A0

b : Phase d'accélération : Démarrage de la croissance, la reproduction cellulaire commence. A600 augmente, lentement puis de plus en plus vite.c : Phase exponentielle de croissance : Durant cette phase, la vitesse de reproduction cellulaire est au maximum.Cette phase varie d'un micro-organisme à l'autre et pour un même micro-organisme. En effet, elle est fonction des conditions de culture : milieu de culture, température, 02, pH etc...d : Phase de ralentissement ou décélération : Durant cette phase, il y a épuisement du milieu de culture en nutriments nécessaires à la croissance, et accumulation de produits inhibiteurs résultant du métabolisme.e : Phase stationnaire : A600 est à son maximum, la croissance s'arrête. Cet arrêt est du à une carence nutritionnelle et / ou à des variations physico-chimiques du milieux (forte acidification ou alcalinisation). Les cellules y demeurent vivantes grâce à leur produits de réserve ou au développement de formes de résistance (ex : spore).Rq : Cette phase est de durée variable : de quelques heures à plusieurs jours.f : Phase de déclin : Les cellules se lysent et meurent (autolysines).

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Pour réduire au maximum le temps de latence, il faut :

- un inoculum de 12 à 18 heures (fin phase expo)

un milieu neuf de même composition que celui du levain

un ensemencement du milieu neuf à 10 %

un milieu neuf pré-incubé à température (pas de choc

thermique)

Détermination des phases de la croissance

Attention des différentes phases d'une croissance

asynchrone discontinue se distinguent sur ce graphe en

traçant les tangentes aux phases a, c et e.

14

Les paramètres d'état ou variables d'état

Ce sont des paramètres qui décrivent l'état d'une culture.

La vitesse de croissance

Évolution de la biomasse (ou A600, ou C) en fonction du temps :

r'''X = dX/dt

La vitesse spécifique de croissance

Elle correspond à la vitesse de croissance en biomasse (évolution

de la biomasse en fonction du temps) rapportée à l'unité de

biomasse (ou A600 ou C).

µX = (dX/dt)*(1/X) = (dX/X)*(1/dt) = dLnX/dt

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Évolution de µx en fonction du temps

a : µx = 0 pendant la phase

de latence,

b : µx augmente pendant la

phase d'accélération,

c : µx maximal et constant

pendant la phase

exponentielle,

d : µx diminue pendant la

phase de décélération

e : µx =0 pendant la phase

stationnaire.

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attention:La vitesse spécifique exponentielle de croissance

Appelée aussi vitesse spécifique maximale de croissance, c'est la valeur de µx

en phase exponentielle de croissance : évolution de la biomasse en fonction

du temps rapportée à l'unité de biomasse en phase exponentielle de

croissance.

Remarque, pendant la phase exponentielle de croissance, elle peut être

déterminer par la différence entre 2 Ln séparé d'une heure.

Méthode:

Détermination graphique : c'est le coefficient directeur de la droite en phase

exponentielle sur la courbe Ln X = f(t)

Définition:Le temps de génération

C'est le temps de doublement de la biomasse pendant la phase

exponentielle. G = Ln2/µexpX

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Le papier semi log fait la conversion des A600, N ou X en log de A600, N ou X , sans utiliser de calculatrice, c'est le quadrillage de la feuille qui réalise automatiquement cette conversion.Ce papier reste très utilisé, car il permet une saisie et un tracé immédiat en cours de croissance. Il faut choisir à priori ces caractéristiques c'est à dire le nombre de modules nécessaire au tracé (un module correspond à une puissance de 10. Souvent deux à trois modules suffisent pour la durée des TP.Méthode de travail :Positionner les pointsRepérer la phase exponentielleChoisir les points X1 et X2 = 2X1Déterminer graphiquement GCalculer µ

Courbe de croissance sur papier semi log

Travail sur papier semi log

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Étude de la croissanceObjectifsMaîtriser l'utilisation des courbes de croissanceExercice : Détermination des phases de la croissanceExercice : Travail sur les paramètres d'état

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Détermination des phases de la croissance

Suivi de la croissance d'E.coli en milieu minimum non renouvelé à 37°C

temps (min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

biomasse X (g/L) 0,0186 0,0186 0,0204 0,0282 0,0366 0,0474 0,0630 0,0840 0,0990 0,1170 0,129

Tracer la courbe de croissance permettant de déterminer les

différentes phases de la croissance.

Déterminer les phases de la croissance. Les définir et calculer

leurs durées respectives.

Calculer la vitesse spécifique exponentielle de croissance lors de

cette expérience.

Déterminer le temps de génération

Calculer la vitesse spécifique de croissance au temps 180 min

LnX = f(t)On observe 4 phases (a, b, c, d)µX

exp = 0,83 h-1

G = 50 minTracer la tangente au temps 180 min

20

Étude des substratsIntroductionÉtude du suivi des substratsLes rendements de croissanceInfluence du substrat sur la croissance :

21

Introduction

Quantification du substrat :

Électrodes spécifiques (glucose par exemple) : dosages

en continu...

Dosage enzymatique après prélèvements

22

Étude du suivi des substrats

Elles sont définies de la même façon que celles gouvernant la

croissance microbienne : vitesse volumique et vitesse

spécifiques qui permettent pour ces dernières de comparer des

expériences où les concentrations en biomasse sont différentes

car on ramène à l'unité de biomasse le calcul de la vitesse.

Remarque : il n'est pas toujours possible de tracer fidèlement la

courbe S= f(t), donc on approxime la vitesse volumique de

consommation par une vitesse globale de consommation

rSglobale = ∆S/∆t entre deux points choisis, ce type de calcul

donne une vitesse moyenne, par exemple lors d'une phase.

23

Les vitesses

Noms & définitions Formules Unités

vitesse volumique de consommation

r'''S = dS/dt g.L-1.h-1

vitesse spécifique de consommation

Qs = µS = dS/dt. 1/X

(g de substrat.g-1de biomasse).h-1

24

Méthode:Vitesse spécifique de consommation du substrat

La détermination graphique se fait par la mesure du coefficient

directeur dS/dt et de la lecture de X à un même instant (t),

respectivement sur les courbes S = f(t) et X = f(t)

Sur l'outil informatique (tableur) soit :

on prend deux points consécutifs QS = (Sn-Sn+1)/ (tn+1 -tn)/Xn* (* ou

Xn+1 selon le temps choisi : tn ou tn+1) (éventuellement on peut

travailler sur le temps moyen et dans ce cas on choisira la

moyenne des X)

on travaille sur trois points : au temps tn : QS = (Sn+1-Sn+1)/ (tn+1 -tn-

1)/Xn

25

Noms Définitions (méthodes) Formules

Rendement de croissance globalRapport entre la biomasse formée et le substrat consommé à un instant t

RX/S = (Xt-Xo)/(St-So)

Xt et St : valeurs à un instant t

Rendement de croissance total

Rapport entre la biomasse totale formée et le substrat consommésur l'ensemble de la croissance

RX/S = (Xf-Xo)/(Sf-So)

Xf et Sf finaux, Xo et So initiaux en g de masse sèche/L

Rendement de croissance instantané (rendement partiel)

Rapport des vitesses volumiques de croissance et de consommation

YX/S = dX/dS = (dX/dt).(dS/dt)

Les rendements de croissance

Les rendements permettent d'évaluer la capacité de conversion

d'un substrat donné en biomasse.

Y : Yield = rendement en anglais

26

Généralement il s'expriment sans unité car en g de matière

sèche par g de substrat consommé : rendement de croissance

pondéral (parfois ils peuvent s'exprimer en gramme de matière

sèche par mole de substrat métabolisé : rendement de

croissance molaire)

Méthode:Déterminations :

La détermination du rendement instantané se fait à partir des

courbes X = f(t) et S = f(t).

27

Graphiquement on choisit un ensemble de temps pour lesquels on

détermine respectivement les coefficients directeurs en ces temps

sur les deux courbes. Puis on fait le rapport de ces deux

coefficients.

Sur le tableur, on travaille sur deux points consécutifs en faisant

les rapports(Xn+1-Xn)/ (Sn-Sn+1) en choisissant arbitrairement tn ou

tn+1

L'évolution de YX/S en fonction du temps pourra être représentée

sur une courbe en reportant les points ainsi : YX/S = (X2 -X1) / (S1

- S2) = f(tmoyen) en posant tmoyen = (t1+t2)/2 au niveau de

chaque intervalle.

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Influence du substrat sur la croissance :

Importance de la concentration en substrat :

Dans un milieu synthétique, avec une seule source de carbone de

concentration connue, il est possible d'observer une variation de

la vitesse spécifique de croissance maximale et de la

concentration en biomasse finale lorsque la concentration de cette

source varie.

Les phases stationnaires de croissance se situent à des niveaux

différents de concentration en substrat. Le rendement de

croissance global est constant pour un substrat donné. Les

valeurs de vitesse spécifique de croissance déterminées sur

chaque courbe permettent de tracer le graphe : QXexpo = f(S), et de

déterminer ainsi un QXexpo maximum.

29

Rq: le substrat peut devenir limitant à forte concentration.

Importance de la nature de l'aliment :

Celle-ci influence le métabolisme énergétique mis en œuvre par le

microorganisme donc les différents rendements et la vitesse

spécifique de croissance maximum.

30

Étude des produits

Les vitesses

Elles sont définies de la même façon que celles gouvernant la

croissance microbienne : vitesse volumique et vitesse spécifiques

qui permettent pour ces dernières de comparer des expériences

où les concentrations en biomasse sont différentes car on ramène

à l'unité de biomasse le calcul de la vitesse.

Noms & définitions Formules Unités

vitesse volumique de production r'''P = dP/dt g.L-1.h-1

vitesse spécifique de production QP = µP = dP/dt. 1/X (g de produit.g-1de

biomasse).h-1

31

Remarque : il n'est pas toujours possible de tracer fidèlement la

courbe P= f(t), donc on approxime la vitesse volumique de

production par une vitesse globale de production rPglobale =

∆P/∆t entre deux points choisis, ce type de calcul donne une

vitesse moyenne, par exemple lors d'une phase.

32

Méthode:Vitesse spécifique de production "d'un produit"

La détermination graphique se fait par la mesure du coefficient

directeur dP/dt et de la lecture de X à un même instant (t),

respectivement sur les courbes P = f(t) et X = f(t)

Sur l'outil informatique (tableur) soit :

on prend deux points consécutifs QP = (Pn-Pn+1)/ (tn+1 -tn)/Xn* (* ou

Xn+1 selon le temps choisi : tn ou tn+1) (éventuellement on peut

travailler sur le temps moyen et dans ce cas on choisira la

moyenne des X)

on travaille sur trois points : au temps tn : QP = (Pn+1-Pn+1)/ (tn+1 -tn-

1)/Xn

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Les rendement de production

Noms Définitions (méthodes) Formules

Rendement de production global

Rapport entre le produit formé et le substrat consommé à un instant t

RP/S = (Pt-Po)/(St-So)

Xt et St : valeurs à un instant t

Rendement total de production

Rapport entre le produit formé et le substrat consommésur l'ensemble de la croissance

RP/S = (Pf-Po)/(Sf-So)

Pf et Sf finaux, Po et So initiaux en g de masse sèche/L

Rendement de production instantané (rendement partiel)

Rapport des vitesses volumiques de production et de consommation

YP/S = dP/dS = (dP/dt).(dS/dt)

Y : Yield = rendement en anglais

34

Déterminations :

La détermination du rendement instantané se fait à partir des

courbes P = f(t) et S = f(t).

Graphiquement on choisit un ensemble de temps pour lesquels

on détermine respectivement les coefficients directeurs en ces

temps sur les deux courbes. Puis on fait le rapport de ces deux

coefficients.

Sur le tableur, on travaille sur deux points consécutifs en

faisant les rapports(Pn+1-Pn)/ (Sn-Sn+1) en choisissant

arbitrairement tn ou tn+1

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Étude des productivités

Les productivités sont les paramètres d'état visualisés sur les

courbes de production : X= f(t) dans le cas d'une production de

biomasse (SCP : single Cell Protein, Levure...), elles déterminent

le dimensionnement d'une installation de fermentation et

permettent d'évaluer la qualité du procédé et de réaliser des

comparaisons.

L'évolution de YP/S en fonction du temps pourra être représentée

sur une courbe en reportant les points ainsi : YP/S = (P2 -P1) / (S1

- S2) = f(tmoyen) en posant tmoyen = (t1+t2)/2 au niveau de

chaque intervalle.

36

Productivité horaire globale : biomasse ou quantité de produit

obtenu(e) dans le volume total par unité de temps, en g.h-1

ATTENTION, il faut connaître le volume utile du fermenteur.

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Productivité volumique horaire maximale : en g.L-1.h-1 (pente

la plus forte (orange), on relie l'origine au point (Xm,tm))

Pour obtenir cette productivité, on suppose l'arrêt du procédé au

bout du temps tm, alors que la concentration cellulaire ou la

quantité de produit n'a pas atteint sa valeur maximale, d'où une

perte de substrat non métabolisé et une diminution du rendement.

Productivité volumique horaire globale ou finale : en g.L-1.h-

1 (pente moyenne (violet) entre Po et Pf )

Ces productivités volumiques sont intéressantes lors de

comparaison entre des fermentations réalisées dans des

fermenteurs de volumes différents.

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Remarque : dans l'industrie dans le cas des procédés discontinus,

il est nécessaire de tenir compte du cycle complet de la

fermentation (donc des “temps morts”) : temps de vidange, de

nettoyage et de rinçage, de remplissage, de stérilisation, de

latence, de croissance et de production. Dans le cadre des TP,

ces temps seront ignorés.

ttention : Cas des procédés non discontinus :

Productivité spécifique Lors des procédés immobilisés, on

rapporte les calculs à la biomasse initialement présente afin de

faire les comparaisons , ce paramètre est QP.

39

Les facteurs ou variables d'action

Définition:

Ce sont les paramètres qui influencent les cinétiques

microbiennes et donc qui font varier les paramètres d'état de ces

cinétiques.

Nature de ces facteurs

Qualitatif : nature de source de carbone ou d'azote ...

Quantitatif : température, concentration en substrat ...

Rôles de ces facteurs

La température :

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Cf figure 1 : Trois catégories de micro-organismes : psychrophiles, mésophiles

et thermophiles. (Cf cours nutrition).

Cf figure 2 : Dans les zones ou la température n'a pas d'effets nocifs pour la

plupart des bactéries µ suit sensiblement la loi d'Arrhenius.

41

Le pH : Phénomène comparable à la température. Le pH

influence la vitesse de catalyse des enzymes (un pH optimum

permet la croissance la plus rapide).

La PO2

La concentration en substrat :

La nature du nutriment : Quand plusieurs substrats carbonés

sont présents simultanément dans le milieu, on peut obtenir :

Soit une seule phase exponentielle si les deux substrats sont

utilisés simultanément (par exemple : le glucose et le fructose).

Soit deux phases exponentielles si les deux substrats sont utilisés

successivement (par exemple : le glucose et le lactose) =

phénomène de diauxie. Cf. Kligler

42

Ingénierie des bioréacteurs de laboratoireL'unité de fermentationLes bioréacteurs du LVCAération et agitationLes différents type de bioréacteurs

43

L'unité de fermentation

Les Fermenteurs ou Bioréacteurs permettent de fournir un

environnement contrôlé voir régulé, pour la croissance des micro-

organismes et/ou la production de métabolites.

Généralement ils sont associés à différents éléments pour former

une unité de fermentation.

44

Les bioréacteurs du LVC

Objectifs

Identifier les différentes parties d'un bioréacteur

S'approprier le vocabulaire spécifique

Ensemble d'exercices d'identification, s'appuyant sur le cours fait

en STS1 lors du TP d'initiation au génie fermentaire.

Un document d'accompagnement a été distribué à cette occasion

45

Vous allez à présent effectuer une série d'exercices d'auto-évaluation.Une synthèse vous sera présentée à la fin de cette série de d'exercices.

Aération et agitationIntroductionLes systèmes d'aérationAgitationLes mobiles d'agitation

46

Introduction

Ces paramètres sont étroitement liés car la répartition des gaz

dans le milieu dépend à la fois de la diffusion (différence de

pression voir cours sur le transfert de matière) et des

mouvements de convection (lié à l'agitation) des gaz dans le

milieu .

47

Les systèmes d'aération

Les gaz sont introduits dans le milieu par l'air sparger ou bulleur

ou diffuseur. Il en existe différentes formes qui vont du tuyau

creux, en passant par le verre fritté, au bulleur à pores .

L'oxygénation du milieu peut être améliorée par les dispositifs

suivants :

pâles anti-vortex qui favorisent l'homogénéisation du milieu donc

de l'oxygène, ceci en augmentant la convection.

bullage de l'air proche des mobiles d'agitation.

la taille des bulles dans le milieu

la structure du fermenteur (rapport h/D)

48

49

Agitation

Définition:

L'agitation se définit comme l'opération qui crée ou accélère le

contact entre deux ou plusieurs phases : particulaire (biotique),

gazeuse et liquidienne (abiotiques).

L'agitation a donc pour but d'assurer :

Homogénéisation du milieu : minimiser les différences de

concentration existant entre les régions du fermenteur et de

faciliter le transfert de chaleur.

bulle reste dans le milieu avant de s'échapper en surface) : les

bulles d'air de part l'agitation parcours une distance plus

importante au contact du milieu ce qui augmente la quantité

d'oxygène transférée

50

Mise en suspension des particules : surtout lors de la formation

de structures pluricellulaires (amas, chaînette, mycéliums et

« pellets »)

Émulsion des produits non miscibles : ex huiles végétales

entrant dans la composition des milieux industriels

Distribution de l'oxygène : dispersion des bulles d'air dans le

milieu en ralentissant la coalescence des bulles

Augmentation du temps de résidence (temps durant lequel une

51

Remarque:

Cette agitation peut être réalisée de différentes façons : agitation

uniquement due à l'aération ou agitation mécanique associée à

l'aération, ce paramètre permet de distinguer les différents types

de fermenteurs.

Remarque : certains procédés des industries agroalimentaires ne

sont ni agités ni oxygénés (brasserie et fermentation alcoolique

par exemple, fermenteur spéciaux : plateau/acide citrique)

52

Les mobiles d'agitation

Définition:

ce sont des structures métalliques (acier inoxydable) fixées sur un

axe d'agitation tournant sur lui même et animé par un moteur

électrique ou à essence (gros fermenteur), ils assurent par leur

rotation les mouvements du milieu.

Les mobiles d'agitation sont couplés à un moteur de puissance

variable situé généralement au dessus ou au dessous de la cuve,

parfois un même moteur alimente plusieurs fermenteurs

(couplage indirect)

53

54

Les différents type de bioréacteursLes bioréacteurs à agitation mécaniqueLes bioréacteurs à agitation pneumatique

55

Les bioréacteurs à agitation mécanique

Il s'agit de fermenteurs en verre renforcé (ex : borosilicate) ou

acier inoxydable (outre sa résistance, il limite l'adhésion des

micro-organismes à la surface des parois).

Ils se caractérisent par la présence d'un mobile d'agitation qui

peut prendre différentes formes.

Ces fermenteurs se caractérisent par une bonne diffusion de

l'oxygène (kl.a compris entre 800 et 1000 h-1) mais on observe

aussi des effets de cisaillement consécutifs au mouvement des

mobiles d'agitation.

Leur volume utile est variable et s'étend de 1 L à quelques

centaines de m3.

56

STR : Stirred Tank Reactor| Informations

57

Les bioréacteurs à agitation pneumatique

Ces fermenteurs sont les plus fréquent car ils diminuent le coût

des fermentations. Il s'agit de fermenteurs en acier qui ne

possèdent pas de mobiles d'agitation. L'agitation est assurée

par les mouvements d'air dans le fermenteur (double emploi de

l'air).

Les colonnes à bulles

Il s'agit de modèle simple de

fermenteur à agitation

pneumatique qui de principe sont

très proches desréacteurs à lit

fluidisé : il s'agit d'une

simple colonne fine et

étroite dans laquelle est injecté

de l'air qui assure l'agitation.

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Les gazosiphons : "air lift reactor"

Un flux d'air est réalisé à la base du fermenteur.

Le mouvement se crée tout d'abord par la vitesse de l'arrivée d'air (=

la turbulence) mais surtout par le fait que le milieu à la base du

fermenteur se trouve être plus riche en air que celui présent dans la

partie haute du fermenteur. Par cet écart de densité, il se crée un

mouvement de milieu. Ce mouvement est rendu possible par

l'existence de compartiments caractérisés par le sens du mouvement

de milieu à l'intérieur qui permettent des mouvement de convection

du milieu. On parle selon leur position de boucle interne ou externe.

Ces envois d'air provoquent une agitation moléculaire importante, ce

qui entraîne une élévation de la température importante : il faut

donc refroidir de tels fermenteurs.

Ces fermenteurs se caractérisent par des kl.a importants (surtout

pour les boucles internes) de l'ordre de 1000 à 2000 h-1 et moins

d'effets de cisaillement mais le milieu n'est pas toujours bien

homogénéisé. Ils sont généralement de grande capacité (de 0,5 m3 à

5 000 m3) et de forme cylindrique .

= Gazosiphon à boucle interne| Informations

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Les fermenteurs à jets : "tubular loop"

Pour ces fermenteurs, l'agitation est provoquée par des injections importantes de milieu dans le fermenteur. Ces quantités sont prélevées à la base du fermenteur par une pompe aspirante / refoulante particulière de type WORTHINGTON qui permet de limiter les phénomènes de cavitation (création de bulles de gaz donc possibilité d'explosion) consécutifs à la présence de bulles de gaz dans le milieu.De plus, le conduit d'injection est particulier dans la mesure où il est plus fin à sa base qu'au sommet, ce qui tend à accélérer la vitesse d'écoulement du fluide à l'intérieur. (fluide incompressible à débit constant donc la vitesse augmente)Pour certaines cultures qui nécessitent une oxygénation, on alimente le milieu en gaz par injection d'air dans la partie supérieure du fermenteur qui se trouve aspiré par le fluide car sa vitesse s'accélère (phénomène de VENTURI). Le gaz contribue ainsi à l'agitation ( comme la vitesse est plus rapide, la pression est plus faible que la pression atm et donc il aspire l'air : principe de la trompe à vide)Quand le fluide arrive dans le milieu, il passe d'un écoulement laminaire à un écoulement turbulent, ce qui permet une meilleure homogénéisation.Selon les circuits d'écoulement du milieu, il est possible de distinguer des fermenteur de type DEEP-JET (un seul circuit) et DEEP-SHAFT (plusieurs circuits).Ce sont les fermenteurs les plus économiques (plus faible coût de transfert en oxygène).Ils sont généralement utilisés pour la production de POU (protéine d'organisme cellulaire) = SCP (single cell protein)

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Fermenteur à boucle externe à jets| Informations

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