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396826373-Expose-Bioreacteur

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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/iutlarochelle/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 microorganisme en suspension est appelé ‘‘boue activée’’.
Dans cette même famille, on trouve deux sous-famille :

Réacteur à boues activées simple

SBR (Séquencing Batch Reactor) soit le Réacteur Biologique Séquencel
Surface d'un bioréacteur en phase d'oxygénation - Culture libre Simple
Une Micro-station est dite ‘‘simple’’ lorsque sont bioréacteur ne contient aucun lit fixé et à
une unique utilisation en tant que Bio-réacteur.
L’avantage :

Entretien simplifié avec un accès aisé du système d’aération
L’inconvénient :

sensible aux variations de débit des effluents.
SBR - Réacteur Biologique Séquencel
Le principe du SBR compile l'utilisation du volume tampon dans le décanteur et l’utilisation
d’un seul bassin pour le traitement mais aussi pour la phase de clarification en alternant
l’étape d’oxygénation (Bio-réaction) et une étape de repos (Clarification). Ainsi un gain de
place peut être réalisé.
Les avantages :

performance des dispositifs

gain sur le volume de la Micro-station

effets atténués des variations de débits d’eaux usées

entretien simplifié avec un accès aisé aux diffuseurs
Culture fixée / lit fixé
Une Micro-station est dite à culture fixée quand elle contient au sein de son bio-réacteur des
supports solides où les micro-organismes viendront se nicher. La strate de micro-organismes
fixé sur le support est appelé le ''Bio-film''.
Le support a deux rôles :
 celui de retenir les micro-organismes dans le bioréacteur
 et celui de retenir les bulles d’air et les polluants nécessaires au développement des
micro-organismes.
Ainsi le temps de contact entre l'oxygène contenu dans l'air expulsé dans le bioréacteur et les
micro-organismes est optimisé.
Dans cette même famille, on trouve trois sous-familles :
MBBR (Moving Bed BioReacteur) soit le Bioréacteur à lit mobile
SAFF (Submerged Aerated Fixed Film) soit le Film Fixé aéré submerge
RBC (Rotating Biological Contactor) soit le Réacteur Biologique Rotatif
MBBR - Bioréacteur à lit mobile :
Dans la technologie du Bioréacteur MBBR, le bio-film est protégé à l'intérieur de nombreux
petits supports mobiles conçus avec une surface interne élevé. Ces supports sont
dimensionnés pour rester en suspension.
Lit mobile en phase d'oxygénation
SAFF - Film Fixé aéré submerge:
Le réacteur avec la technologie SAFF utilise un support qui est immergé et reste fixé à la
structure qui le contient.
Les avantages :

volume du bioréacteur réduit

performance des dispositifs

effets atténués des variations de débits d’eaux usées
Les inconvénients :

entretien délicat dû à l'accessibilité des diffuseurs d'air sous le lit fixé et du nettoyage
ou changement du support

le sous-dimensionnement peut provoquer un colmatage du bioréacteur
RBC - Réacteur Biologique Rotatif :
Le support bactérien est sur un lit fixé en mouvement. Ce lit est sous forme de disques
partiellement immergés et équipés d'un axe de rotation en leur centre. La rotation est faite par
l'intermédiaire d’un moteur électrique.
La rotation permet aux micro-organismes d’être successivement immergés dans les eaux à
traiter, et ensuite, exposés à l’oxygène atmosphérique, permettant ainsi de réunir les
conditions nécessaire à leur développement.
La transmission peut réalisée par une courroie ou une chaîne ; l'existence d’un moteur
entraîne une consommation électrique et des risques de panne.
L’avantage :

volume du bioréacteur réduit

efficacité importante
Les inconvénients :

remplacement ou réparation importante

conséquences importante d’un mouvement de terrain naturel ou d’une pose du
dispositif de traitement non .pièces en mouvement, leur rotor doivent être parfaitement
verticaux, sans quoi, les roulements devront être optimisée.
(https://micro-station.mon-assainissement.fr/bioreacteur_microstation_assainissement.html)
Partie bibliographique :
Référence :
_(https://micro-station.mon-assainissement.fr/bioreacteur_microstation_assainissement.html)
_(Guo-min et al., 2004 ; Aileen et Albert, 2007 ; Stricot, M., 2008 ; Barrios-Martinez, A.,
2006).
_(William L. Hochfeld, Producing Biomolecular Substances with Fermenters, Bioreactors,
and Biomolecular Synthesizers, Boca Raton, FL, Taylor & Francis, 2005)
_( Carmaux, Sandra, Caractérisation de la mort des cellules animales cultivées en
bioréacteur, thèse, Univ. de Lorraine, 2008)
_(http://www.iutlarochelle.fr/sites/iutlarochelle/files/fichiers/diaporama_sur_bioreacteur_proj
et_tutore_genie_bio_iut_la_rochelle.pdf)
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