396826373-Expose-Bioreacteur

Université M’Hamed Bougara Boumerdes
Exposé :
Bioréacteur
Réalisé par :
 Bouzid Imene

Définition de bioréacteur :
Un bioréacteur est une enceinte permettant d'assurer le développement des micro-organismes
en aérobiose (présence d‘oxygène) ou en anaérobiose (absence d‘oxygène) et la production de
biomasse et /ou de molécules d’intérêts.
A quoi sert un bioréacteur :
Un bioréacteur (ou fermenteur) permet de contrôler par ordinateur les conditions de vie des
micro-organismes.
Il permet également de recycler des déchets en produits à haute valeur ajoutée (biogaz,
biocarburants...) via des microorganismes.
Celui-ci permet aussi la production de médicaments ou encore d’hormones telles que
l'insuline.
(http://www.iutlarochelle.fr/sites/iutlarochelle/files/fichiers/diaporama_sur_bioreacteur_projet
_tutore_genie_bio_iut_la_rochelle.pdf)
Domaines utilisation du bioréacteur :
 Domaine médicale :
_Antibiotique comme la pénicilline
_Anti-inflammatoire
._Hormones
 Domaine agro-alimentaire :

_Brassicole
.laitière
 Domaine cosmétique :
_Gomme au xanthane
_Acide hyaluronique
 Domaine d’énergie renouvelable :
_Biogaz
_Biocarburants
(http://www.iut-larochelle.fr/sites/iut-
larochelle/files/fichiers/diaporama_sur_bioreacteur_projet_tutore_genie_bio_iut_la_rochelle.p
df)
Description :
Un bioréacteur comporte :
_Une cuve ou enceinte en verre (pour les modèles de laboratoire) ou en acier inoxydable
_Un bouchon si nécessaire pour ne pas laisser passer l'air du milieu intérieur et celui du milieu
extérieur
_Une seringue avec cathéter pour injecter une solution
_ Un système d'agitation comportant une ou plusieurs turbines selon leur taille
_ Des capteurs pour la mesure de la température (thermomètre), du pH (pH-mètre), de la
concentration en oxygène dissous (sonde oxymétrique), du niveau…
_ Un système de contrôle-commande géré par ordinateur permettant d'enregistrer et piloter
tous les paramètres de fonctionnement.
_les bioréacteurs permettent la fabrication de nombreux produits

Mode de conduite des bioréacteurs
Il existe différents modes de conduite pour alimenter et soutirer du milieu de culture aux
bioréacteurs, aussi bien traditionnels que jetables. Tous ces modes peuvent être utilisés selon
le type de bioréacteur jetable.
Mode d’alimentation par batch :
La cuve est remplie par le milieu de culture stérilisé, puis l’inoculum. La fermentation se
déroule ensuite sans addition supplémentaire de milieu. Le volume reste constant et la
productivité est relativement faible. En fin de fermentation, le fermenteur est vidé et son
contenu est remplacé (Carmaux, 2008).
Mode d’alimentation par Fed batch :
La croissance démarre plus vite étant donné que le volume de culture peut être réduit. La
concentration obtenue peut alors être plus élevée qu’en mode batch. Quand la croissance est
en phase stationnaire, du milieu de culture stérile est ajouté. Le volume dans la cuve augmente
alors au cours du temps. Le débit est réglé de façon que la concentration en substrat soit
constante dans la cuve et que l’effet de dilution ne soit pas inhibiteur de la production de
biomasse. Lorsque la cuve est remplie, l’alimentation est coupée : la conduite est alors en
mode discontinu. Le fed batch permet en pratique un gain de temps, une augmentation de
productivité et une possibilité de modification du milieu en cours de culture (Carmaux, 2008).
Mais le risque de contamination est élevé (Eibl et Eibl, 2009).
Mode d’alimentation continu :

Continu infiniment mélangé :
L’ajout de milieu stérile et le soutirage commencent quand les cellules entrent en phase
stationnaire de croissance. La suspension est homogène en tout point de la cuve.
L’alimentation et le soutirage se fait au même débit lorsqu’une certaine concentration
cellulaire est atteinte dans la cuve. Il n’est pas nécessaire en théorie de vider la cuve.
Cependant, des mutations et des contaminations obligent leur vidange. La productivité est
beaucoup plus importante qu’en mode discontinu (Carmaux, 2008).
Gradient de concentration
La fermentation se déroule dans un réacteur tubulaire, dans lequel le milieu de culture se
déplace en même temps que la fermentation se déroule. Chaque unité de volume correspond à
une phase d’avancement de la réaction (Carmaux, 2008).
Recyclage de la biomasse
Le milieu de culture est prélevé appauvri en cellules. Ces dernières ne sont pas prélevées et
restent à l’intérieur du fermenteur. Ce système est également appelé perfusion avec recyclage
des cellules (Carmaux, 2008). Le principe de perfusion peut être utilisé pour des volumes
effectifs de milieu allant de 25 à 500 L sans avoir d'effet négatif sur la croissance cellulaire ou
la production de protéines. Le système de perfusion donne la possibilité de cultiver des
cellules spécifiques à un patient avec une forte densité. Cette technologie est déjà utilisée pour
la production de glycoprotéines, de virus et de vaccins (Brecht, 2010).
Bioréacteur à membranes
Ce procédé est appliqué à grande échelle principalement pour le traitement des eaux usées
(Guo-min et al. 2004 ; Aileen et Albert, 2007 ; Stricot, M., 2008 ; Barrios-Martinez, A.,
2006).
Types de bioréacteurs :
Il existe deux grandes familles de réacteur :
 Les cultures libres
 Les cultures fixées
Culture libre / boues activées
La culture bactérienne est maintenue dans un bassin aéré et brassé sans support. Ce brassage
est indispensable pour homogénéiser le mélange et éviter les dépôts. L’amas des micro-
organisme en suspension est appelé ‘‘boue activée’’.
Dans cette même famille, on trouve deux sous-famille :
 Réacteur à boues activées simple