Présentation
Auteur(s)
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Maurice NONUS : Ingénieur de rechercheUniversité de Technologie de Compiègne
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Patrice COGNART : ROBIN Industries
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Françoise KERGOAT : BSL Industries
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Jean-Michel LEBEAULT : ProfesseurUniversité de Technologie de Compiègne
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Lire l’articleINTRODUCTION
Sans même connaître l’existence de micro-organismes, les Égyptiens, en 4 000 avant Jésus-Christ, utilisaient les levures pour fabriquer du pain et des breuvages alcoolisés. Sans asepsie mais avec un sens développé de l’observation, des savoir-faire ont été perpétués et améliorés au cours des siècles. Ce n’est qu’au XIX e siècle qu’a vraiment démarré la mise en valeur des propriétés des micro-organismes à des fins utilitaires. Au progrès des connaissances s’est ajoutée la nécessité de satisfaire des besoins d’hygiène, de santé et d’alimentation qui ont permis l’essor des procédés de fermentation et le développement de technologies appropriées aux cultures microbiennes massives : les fermenteurs. L’homme maîtrise aujourd’hui les cultures de bactéries, levures, champignons, de cellules animales, végétales et d’insectes, de virus et bactériophages.
Compte tenu de cette diversité, des caractéristiques spécifiques de chaque classe d’organismes et des particularités d’espèces, de très nombreux réacteurs de laboratoire ont été décrits. Nous abordons dans cet article la conception des fermenteurs industriels les plus utilisés et principalement dédiés aux cultures de bactéries, levures et champignons.
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Réalisation3. Critères de conception
Les critères de conception d’un fermenteur industriel découlent de la réaction biologique de fermentation que l’on souhaite mettre en œuvre dans le but de produire soit de la biomasse (levures par exemple), soit des molécules contenues dans le micro-organisme ou encore produites par ce dernier (acides organiques, acides aminés, polysaccharides, etc.).
En fonction du métabolisme sélectionné, les critères de stérilité, de transfert de matière, de gaz et de transfert de chaleur imposent des conditions de calcul qui gouvernent la conception du fermenteur.
Nous allons, dans un premier temps, passer en revue les conséquences de ces critères en termes de données devant figurer dans un cahier des charges, puis nous donnerons des exemples de réalisations qui montrent comment l’on parvient à intégrer ces critères dans la fabrication des fermenteurs industriels.
3.1 Stérilité
Ce critère est très variable d’une fermentation à une autre, en fonction de la pression de sélection de la souche, ainsi que de la nature du produit fini (ce produit peut être obtenu par purification et/ou extraction ou bien par concentration simple du milieu de culture et de son micro-organisme), ce qui rend l’approche du problème de la stérilité très variable.
Néanmoins, un fermenteur industriel dont la durée de vie se situe à 40-50 ans est rarement dédié à une fermentation unique, ce qui conduit les utilisateurs finaux à intégrer de manière quasi systématique ce critère de stérilité.
La pression de sélection de souche est l’ensemble des paramètres de l’environnement que subit la souche. Ces paramètres vont influencer les voies métaboliques de la souche et permettent ainsi d’obtenir des résultats industriels différents d’une société à une autre tout en ayant le même micro-organisme.
Qu’impose le critère de stérilité ?
Il impose une rigueur extrême à tous les stades de conception et de fabrication d’un fermenteur industriel ; c’est un réflexe que doit s’imposer tout intervenant industriel, du rédacteur du cahier des charges au concepteur, sans oublier les opérateurs de fabrication et les contrôleurs.
Outre cette préoccupation de tous les instants, il est possible de dégager quatre thèmes majeurs de ce critère qui concernent :
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le...
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