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Croissance microbienne
1- Méthodes de mesure de la biomasse
A- A partir de la masse totale de cellules
Mesure de la masse humide : après centrifugation on pèse le culot (rapide mais peu précis).
Mesure de la masse sèche : séchage au four à environ 100°C pendant 10 à 24h (plus long mais précis).
B- A partir du dosage chimique d’un composé cellulaire
Dosage de l’azote total (14% de la matière sèche) : la méthode de Kjeldahl consiste à minéraliser l’azote avec de
l’acide sulfurique pour donner de l’ammoniac que l’on dose par volumétrie.
Dosage des protéines : Lowry, Bradford, BCA et Biuret.
Dosage de la chlorophylle.
C- Par comptage direct des cellules
Au microscope avec cellule de comptage : si on ajoute du bleu de méthylène on peut différencier les vivantes.
Au microscope par cytométrie sur filtre : On filtre et on lave, on met de l’acridine orange : coloration rouge en
présence d’ARN (cellules vivantes), et verte en présence d’ADN (cellules mortes). On peut automatiser cette
technique.
Par cytométrie de flux : les cellules sont marquées avec un marqueur de viabilité. Grâce au liquide de manchonnage
les cellules passent devant le lecteur qui compte les pulsations fluorescentes.
Par compteur de particules : Automate de cellules sanguines qui possède un orifice. Quand les cellules traversent il y
a une augmentation de la résistance (U=RI) donc la tension augmente.
D- Par dénombrement après culture
Sur milieu solide (consomme beaucoup de matériels et de temps, on peut ensemencer avec l’ensemenceur spiral)
ou en milieu liquide.
E- Par évaluation de l’activité totale
Par impédancemétrie : délais de détection plus court quand il a y plus de bactérie. Nécessite un étalonnage.
Par dosage de l’ATP : seulement en phase exponentiel sinon il n’y a pas de proportionnalité avec la biomasse.
F- Mesure du trouble : turbidimétrie et néphélémétrie.
log⁡(Φ )
Rayonnement transmis : turbidimétrie : A = log⁡(Φo ) = ⁡ k λ ⁡ × l⁡ × ⁡ X ∝ ⁡avec ∝<1
T
1
Rayonnement diffusé : néphélémétrie : ΦD(θ) = ⁡ k (n,θ) ⁡ × ⁡ Φ0 ⁡ × v²⁡ × ⁡ λ4 ⁡ × X = K⁡ × X
2- Allure et phases caractéristiques d’une courbe de croissance lors d’une culture en milieu non renouvelé
A- Les courbes de croissance en milieu non renouvelé ont une allure caractéristique
Les différentes phases :
1. Phase de latence
2. Phase d’accélération
3. Phase exponentielle
4. Phase de ralentissement
5. Phase stationnaire
6. Phase de déclin
B- La phase de latence
C’est la phase dans laquelle les microorganismes s’adaptent à leur milieu de culture. Il n’y a pas d’augmentation du
nombre de cellules. La durée de cette phase est très variable. Si le milieu de pré-culture était le même que celui du
batch, cette phase peux ne pas être présente.
C- La phase exponentielle de croissance
La pente de la droite ln(N) = f(t) est µ, le taux de croissance népérien (h-1) : µ =
N⁡ = N0 eµt ⇔ N = ⁡ N0 e
ln⁡(2)×
t
tg
ln⁡(2)
tg
t
⁡ ⇔ ⁡N = ⁡ N0 2tg
tg = temps que met la biomasse pour doubler (h)
D- La phase stationnaire
Les substrats sont en faibles concentrations, les inhibiteurs et déchets en fortes concentrations. Les bactéries
survivent sans proliférer (elles font des réserves et peuvent sporuler). Le métabolisme secondaire se met en place.
E- La phase de déclin
N = ⁡ Nf e−kt : k est le taux de mortalité
3- Etude expérimentale de la phase exponentielle
A- Le modèle et les équations qui découlent
La biomasse dX produite pendant l’instant dt dépend de la biomasse X présente à l’instant t. On considère que la
croissance est un phénomène autocatalytique :
dX
dt
X dX
0 X
= µX⁡ ⇔ ⁡ ∫X
t
= µ ∫0 dt⁡ ⇔ ln(X) = ln(X 0 ) + µt⁡ ⇔ 𝐗 = ⁡ 𝐗 𝟎 𝐞µ𝐭
µ
log(X) = log(X 0 ) + (ln(10)) t
B- Taux de croissance et taux de croissance népérien
Taux de croissance : masse de biomasse formée par unité de masse de
biomasse présente par heure (g/g/h ou h-1).
Le taux de croissance népérien est la valeur maximale que prend le taux de
croissance, c’est-à-dire pendant la phase exponentielle.
4- Cinétique d’utilisation du substrat et de formation des produits
A- Cinétique d’utilisation du substrat et de production des produits
B- Métabolites primaires et secondaires
La phase de production de métabolites primaires est appelée trophophase, celle de production de métabolites
secondaires est appelée idiophase. Cela est dû à de nouvelles enzymes exprimées en fin de phase exponentielle.
Produit associé à
la croissance
primaires
C- Courbe de croissance biphasique : phénomène de diauxie
Il y a deux phases exponentielles successives séparées par une phase de latence
durant laquelle les bactéries synthétisent les enzymes nécessaires pour utiliser le
deuxième substrat.
5- Facteurs de concordance et caractéristiques de croissance
A- Facteurs de concordances
Ils permettent de déterminer la biomasse à partir de la densité optique : on va chercher à trouver la relation entre la
masse sèche et la densité optique. On va obtenir un facteur de concordance MS/DO (g/L/uDO).
B- Caractéristiques de croissance
a- Par rapport à la culture

𝐝𝐗
La vitesse de croissance : 𝐫𝐗 = ⁡ 𝐝𝐭 (g/L/h).
On distingue la vitesse instantanée ou nette (entre t1 et t2), la vitesse moyenne ou globale (entre l’état initial
et l’état final) et la vitesse maximale (en fin de phase exponentielle).

𝐝𝐗
𝟏
Le taux de croissance µ = ⁡ 𝐝𝐭 × 𝐗 (h-1).
On distingue là aussi le taux de croissance instantané, moyen et maximal.

Le temps de génération (tg en h).
Il représente le temps que met la population pour doubler afin de caractériser la culture.
b- Par rapport au substrat

La vitesse (volumique) de consommation : 𝐫𝐒 = ⁡ −
𝐝[𝐒]
𝐝𝐭
(g/L/h).
On distingue la vitesse instantanée ou nette (entre t1 et t2), la vitesse globale (entre l’état initial et l’état
final), la vitesse moyenne (entre l’état initial et [S] = 0 g/L) et la vitesse maximale (pour cette vitesse la durée
doit être supérieure à un temps de génération).

La vitesse spécifique de consommation : 𝐐𝐒 = ⁡ −
𝐝[𝐒]
𝐝𝐭
𝟏
× 𝐗 (h-1).
On distingue la vitesse spécifique instantanée ou nette, la vitesse spécifique globale, la vitesse spécifique
moyenne et la vitesse spécifique maximale (pour cette vitesse la durée doit être supérieure à un temps de
génération). X prend la valeur de la biomasse de l’état le plus avancé.
c- Par rapport au produit

La vitesse (volumique) de formation : 𝐫𝐏 = ⁡
𝐝[𝐏]
𝐝𝐭
(g/L/h).
On distingue la vitesse instantanée ou nette (entre t1 et t2), la vitesse globale (entre l’état initial et l’état
final), la vitesse moyenne (entre l’état initial et [P] = [P]max) et la vitesse maximale (pour cette vitesse la
durée doit être supérieure à un temps de génération).

La vitesse spécifique de consommation : 𝐐𝐏 = ⁡
𝐝[𝐏]
𝟏
×𝐗
𝐝𝐭
(h-1).
On distingue la vitesse spécifique instantanée ou nette, la vitesse spécifique globale, la vitesse spécifique
moyenne et la vitesse spécifique maximale (pour cette vitesse la durée doit être supérieure à un temps de
génération). X prend la valeur de la biomasse de l’état le plus avancé.
C- Rendements

Rendements : 𝐘𝐒/𝐏 ⁡ = ⁡
∆⁡[𝐒]
∆[𝐏]
(g/g ; mol/mol ; %).
On distingue le rendement instantané, global et moyen ([S] = 0 g/L ou [P] = [P]max).

∆𝐗
Rendement de croissance : 𝐘𝐗/𝐒 = ⁡ ∆[𝐒] (g/g ou %).
On distingue le rendement instantané, global et moyen ([S] = 0 g/L).

∆[𝐏]
Rendement de production : 𝐘𝐏/𝐒 ∆[𝐒] (g/g ou %).
On distingue le rendement instantané, global et moyen ([S] = 0 g/L ou [P] = [P]max).

Rendement spécifique de production : 𝐘𝐏/𝐗 ⁡ = ⁡
∆[𝐏]
⁡(g/g
∆𝐗
ou %).
On distingue le rendement instantané, global et moyen ([P] = [P]max).