reacteur microbienne

8/20/2019 reacteur microbienne

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Mon PrRéacteurs micro


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Opening

-Hamza Khalidi –-Sous encadrement de

M.Ziad

Ce Projet réalisé par..


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Sommaire

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Agenda

Cha

Les cinétiques Care

Chapitre I


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Introduction


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Cha itre I


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Notations et défnitions

!ne biocon"ersion microbienne #eut $tre étudiée % #remier abord selo&

réactionnel sim#li'é o( l)on consid*re la trans+ormation d)un substrat #rincilimitant- en biomasse ,les cellules- et en un #roduit autre ue les cellules& #a

S X+P

1( S & et P dési3nent& res#ecti"ement& les concentrations massiues en cellules s*ches& a##elées aussi biomasse et en #roduit.

es "itesses de réaction& associés % ces trois constituants& sont 3énéralemeen 35.h. 6lles sont notées Rs la "itesse d)utilisation du substrat S 7R/ a "itesse de +ormation de la biomasse& a##elée aussi "itesse de croissaR# a "itesse de +ormation du #roduit P.

89 : r/5 a "itesse s#éci'ue de croissance & en 3 de biomasse +ormée53 #résente 5h& dite aussi tau/ de croissance7

8s : rs5 a "itesse s#éci'ue d)utilisation du substrat S& en 3 de substrabiomasse résente5h 7


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Notations et défnitions

es in+ormations stoechiométriues #eu"ent $tre a"anta3eusement substiturendements de con"ersion. #5s : r#5rs : s5s rendement de con"ersion du substrat en #roduit 3 +ermé53 de substrat utilisé78 > #5/ : r#5r/: #59 tau/ de +ormation du #roduit #ar ra##ort % la biomassede #roduit +ormé53 de biomasse +ormée. #5/ /5s.


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Cinétique de croissance microbienne

orsu)un milieu de culture a##ro#rié& #réalablement strérilisé& est enseuantité initiale de cellules acti"es& celles8ci s)= multi#lient et leur concenta"ec le tem#s. 6n l)absence d)un ueluonue a##ort ou soutira3e& il s@a3s=st*me discontin. a concentration initiale en biomasse dans le "olume rénotée 0. a 'i3ure a décrit & dans le cas 3énéral& l)é"olution de la conc

biomasse dans un bioréacteur discontinu. a concentration est celle de laun instant donné& sou"ent e/#rimée en 3ramme de biomasse s*che #ar litrréactionnel.


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Re#résentation schématiue de la croissance d)un micro8or3anisme en bioréacteur é"olution de la concentration en biomasse7 ,b- é"olution du lo3arithme de la biomasde la "itesse de croissance r/ 7 ,d- é"olution de la "itesse s#éci'ue de croissance 9

(lnX2 lnX!" # (t(constante "X $ X! e%p &a(


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oi de )onod *6n BA4A& Monod #ro#ose une loi décl)é"olution de 9 en +onction de laconcentration d)un substrat limitant

,éuation 4A-. 6lle est similaire % ceMichaelis #our les enz=mes

!In,uence de substrat*a "itesse s#éci'ue de croissance est modulée #ar la concentration des substratau3mente a"ec leurs concentrations jusu)% 9 ma/ la +onction 9 ,S- est saturable

6"olution de la "itesse s#éci'ue de croissance 9 en+onction de la concentration S en substrat.

1n note le #hénom*ne de saturation au/concentrations éle"ées.


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Autres lois de croissance *


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2-acteurs in.ibant la croisance*

Cl est relati"ement courant chez les micro8or3anismes ue leur croissance se trouralentie&"oire arretée& #ar la #résence de +acteurs ,molécules- inhibiteurs dans lede culture. Dénéralement& si la +ormulation du milieu est o#timisée celui8ci doit $e/em#t d)inhibiteurs. Eoute+ois& certains substrats cibles de la biocon"ersion #eua"oir un eFet inhibiteur sur la croissance ou m$me sur leur #ro#re trans+ormatiooutre& certains #roduits ,métabolites- en s)accumulant dans le milieu de culture #

atteindre des concentrations inhibitrices.

•In.ibition par le substrat *

•/éc0s cellulaire par e%c0s desubstrat *

•In.ibition par les produits de

réaction


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Cinétique d1utilisation d1un substrat

!n substrat #eut $tre con"erti de #lusieurs +aons en +onction du micro8or3anisme

de sa mise en Iu"re. a "itesse rs d)utilisation du substrat #eut alors a"oir une e/6lle combine en une somme de termes les bilans des "oies métaboliues #arall*le#roduits distincts. a +ormulation d)une loi d)utilisation d)un substrat doit re#oser se/#érimentau/.! -acteurs in.ibant la croissance*


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2 Con3ersion 4 rendement 5(%#s" Constant a3ecde maintenance *es #rocessus biochimiues au sein des cellules sont en réalité com#le/es et se résudes rendements de con"ersion constants. )une des caractéristiues majeurs de cesest leur ca#acité % se maintenir en "ie sans u)il = ait nécessairement de croissance#hénom*ne de maintenance. 6n eFet& les cellules con"ertissent une +raction des souabsorbées en éner3ie ,JEP- u)elles dé"ouent % la conser"ation de leur "iabilité Schcellules luttent #our leur sur"ie lorsue les conditions de"iennent dé+a"orables % leu

dé#ensent alors d)a"anta3e d)éner3ie de maintenance.


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6"olution de la "itesse s#éci'ue d)utilisation dusubstrat s & en +onction de la "itesse s#éci'ue decroissance 9 . ,/5s- et d)un coeNcient de

maintenance ms constants.


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Cinétiques de 6ormation des produits

a +ormation des #roduits microbiens résulte de #rocessus enz=matiues successi

outre& un m$me #roduit #eut $tre obtenu sui"ant des "oies métaboliues diFérentor3anisme % un autre. a +ormulation d)une loi cinétiue 3lobale doit $tre cohérene/#érimentales et en accord a"ec le rOle du #roduit dans le métabolisme du microue les métabolismes soient tr*s di"ers& les cinétiues de +ormation de leurs #rodnéanmoins $tre re3rou#ées en trois caté3ories -Produit associé % la croissance 7-Produit non associé % la croissance7-Produit % cinétiue de +ormation mi/te ,se dit aussi #roduit mi/te-.

6"olution des concentrbiomasse ,trait #lein- e,tireté- en +onction du d)une culture discontinassocié % la croissanceassocié % la croissance

mi/te.


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Cinétiques de 6ormation des produits

Produit associé 4 la croissance *Produit non associé 4 la

croissance *

Produit mi%te*


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Cha itre II


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Calcul du réacteur microbien

e calcul des réacteurs microbiens est un outil

-Qe sui"i et d)é"aluation d)une o#ération de #roduction en cours il aide % la #rise dau déroulement de la +ermentation et s)a##uie sur les lois de conser"ation de la matéléments et molécules chimiues-7-Qe dimensionnement des éui#ements et d)o#timisation des o#érations de ce #oide #rédire les #er+ormances d)un mode de culture ou d)antici#er l)é"olution d)une o#a3issant sur des #aram*tres o#ératoires tels ue le #h& la tem#érature& les concentra ualité de la #rédiction dé#end de la justesse des lois cinétiues et des mod*lesretenus.

-es résultats e/#osés ci8a#r*s ont été établis #our les bioréacteurs % biomasse libreréactionnel 3lobal de l)éuation,42- . a masse "olumiue du milieu réactionnel estconstante.)ensemble des cas étudiés n)est #as e/hausti+& mais traite des situationsen combinant lois cinétiues et modes de +onctionnement de réacteurs.


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! -ermenteur discontinu par6aitement agité*

63alement a##elé +ermenteur batch& ce mode de conduite est le #lus r é#andu en innécessite #as beaucou# d)inter"entions. e s=st*me de +ermentation est 3énéralemré3ulations de base Ph et tem#érature. Ju besoin& il #eut rece"oir un éui#ement d)ensemble doit $tre stérilisable et ca#able de maintenir cette #riorité le lon3 de la #culture débute #ar l)inoculation du milieu en introduisant dans le réacteur une uant

#réalablement acclimatée. J l)instant initial& les concentrations 0 #our la biomasse&et P0 #our le #roduit.


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! -ermenteur continu par6aitement agité*

6n #ratiue& la #hase de +ermentation continue est #récédée d)une culture discontinle m$me réacteur a'n ue les cellules s)ada#tent au/ conditions de culture et amore/#onentielle orsue la concentration en biomasse atteint un ni"eau suNsant& l)alisolution nutriti"e et le soutira3e du milieu r éactionnel sont démarrés simultanémen#our assurer la constance du "olume réactionnel

e s=st*me se stabilise a#r*s une #hase transitoire ui dure % B0 +ois le tem#s dee réacteur est dit en ré3ime #ermanent ,ou % l)état stationnaire- lorsue la concenconstituant& % la sortie du s=st*me& de"ient constante. Qans le cas des cu"es #ar+aiconcentrations sont identiues % celles ui r*3nent dans le +ermenteur.


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! -ermenteur continu a3ec rec7clage*

es #er+ormances d)un bioréacteur continu sont limités #ar le #hénom*ne de lessi"a% des "itesses de dilution toujours in+érieures % 9 ma/. a #roducti"ité #eut $tre ammaintenant une biomasse #lus im#ortante dans le réacteur.


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i


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Mercipour

Votre

tt ti

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