THESE Anne POSTEC Diversité de populations microbiennes ...

Matériel et méthodes
2.3 Culture en bioréacteur gas-lift
2.3.1 Les cultures en bioréacteur
Les microorganismes, notamment les hyperthermophiles anaérobies, sont de mieux
en mieux connus d’un point de vue taxonomique mais leur culture en fermenteur reste à ce
jour assez peu étudiée. Le développement des techniques de fermentation est aussi un
maillon essentiel entre recherche scientifique et application industrielle. La culture en
bioréacteur permet de travailler en grand volume à la différence des fioles ou des tubes, et
permet également le contrôle des paramètres physico-chimiques tout au long de la culture.
Différentes techniques de fermentation existent, le plus souvent utilisées pour la croissance
d’une souche pure dont le but peut être (i) de produire en quantité un microorganisme (on
parle de biomasse) pour son intérêt propre (e.g. la production de levures pour l’industrie
viticole), (ii) de produire et de récupérer en quantité des enzymes natives et des métabolites
que ces cellules contiennent ou libèrent (e.g. la production d’hormones par des
microorganismes modifiés génétiquement), (iii) d’utiliser les microorganismes pour modifier
un milieu (bio-transformation, e.g. de déchets agricoles).
Il existe différentes techniques de culture en bioréacteur :
- la culture en batch ou discontinue : cette culture constitue un système clos où le milieu
n’est pas renouvelé (il n’y a pas d’apport de nutriments en cours de culture). La croissance
microbienne s’arrête lorsqu’un nutriment essentiel s’épuise ou que les conditions physicochimiques
deviennent létales (par ex : accumulation d’un métabolite toxique). Lorsqu’on vise
une production de biomasse, la culture est arrêtée en général en fin de phase exponentielle
de croissance; lorsque la biosynthèse d’un produit est recherchée, la culture est arrêtée dès
que l’activité métabolique cesse.
- la culture fed-batch ou semi-discontinue : à partir d’un volume initial V 0 de culture active
(fin de phase exponentielle), le milieu est apporté progressivement selon les besoins de la
culture (débit programmé par intervalle de temps et couplé à la croissance microbienne), de
manière à maintenir une croissance maximale, et ce jusqu’à atteindre un volume de culture
égal au volume utile de la cuve. La cuve est alors vidangée, tout en laissant un volume initial
V 0 de culture qui permettra d’initier un autre cycle d’expansion. Cette technique est très
utilisée pour la production de levures de boulangerie.
- la culture continue : c’est un système dynamique dans lequel le milieu nutritif frais est
apporté en continu et le milieu fermenté dans la cuve (i.e. la culture) est soutiré
simultanément, à un même débit que l’apport du milieu frais. Le volume de milieu au sein de
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