Brevet FR2898907A1 — publié le 20070928

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de culture sur site de micro-organismes, tels que des bactéries, mettant en oeuvre un bioréacteur spécifique. Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé et à un dispositif mettant en oeuvre ce procédé, permettant d'obtenir une culture avec deux types de souches différenciées, avec une cinétique de croissance différente, la croissance de ces souches étant optimisée par des injections d'air et de nutriments contrôlées. Différentes manières permettent d'obtenir la multiplication de bactéries, selon la quantité souhaitée. En milieu industriel, le système le plus courant est le bio. éacteur qui permet de brasser de gros volumes de culture bactérienne. II existe différents types de bioréacteurs, permettant la culture bactérienne, assurant ainsi la décontamination de matières ou d'air pollué, la décomposition de matières organiques, ou la transformation de matières, à l'aide d'une biomasse. Cette dernière doit trouver les conditions optimales pour se développer afin d'assurer un bon rendement du bioréacteur. Divers paramètres tels que la température, le taux d'humidité, les échanges gazeux, l'apport en nutriments doivent être contrôlés afin de permettre une culture optimale de la biomasse présente dans le bioréacteur, dans la mesure où chaque souche microbienne a besoin de conditions de culture particulière. Cependant, les bioréacteurs déjà existants ne permettent pas d'avoir une maîtrise totale de la circulation des fluides à l'intérieur du 2 bioréacteur, ce qui peut entraîner la stagnation de la culture qui ne bénéficiera ainsi plus de conditions optimales pour son développement. Par ailleurs, dans un bioréacteur équipé de tubes en parallèle, les 5 échanges gazeux sont souvent aléatoires, empêchant ainsi une bonne croissance de la biomasse. L'invention se propose de remédier à ces divers inconvénients en proposant un procédé et un dispositif de culture sur site de micro- 10 organismes, tels que des bactéries, mettant en oeuvre un bioréacteur spécifique, permettant la circulation de fluides, de nature gazeuse ou liquide. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de culture 15 bactérienne se déroulant dans un bioréacteur constitué de deux tubes servant de récepteur à la culture, disposés verticalement et liés entre eux par un tube de jonction, chaque tube récepteur étant équipé de tubes d'apport pour les bactéries et les nutriments, caractérisé en ce que l'un des tubes récepteur est muni d'un tube d'apport, ce tube plongeant et 20 apportant de l'air à la culture. On comprendra mieux l'invention en référence au dessin annexé sur lequel elle est représentée. 25 Le procédé de culture mettant en oeuvre le bioréacteur selon l'invention est équipé de deux tubes principaux 2a et 2b, ces tubes servant de récepteur à la culture. Ces deux récepteurs 2a et 2b sont disposés verticalement l'un par rapport à l'autre. Ils assurent la croissance de la biomasse microbienne. 30 Les tubes récepteurs 2a et 2b sont liés entre eux par un tube de jonction 3, courbé en son milieu. Ce tube de jonction 3 plonge jusqu'au fond du tube récepteur 2a, tandis qu'il n'occupe que le tiers supérieur du tube récepteur 2b. II permet ainsi les échanges entre les deux tubes récepteurs. 3 Les tubes récepteurs 2a et 2b sont équipés de tubes d'apport, assurant le renouvellement du milieu de croissance et favorisant les échanges entre eux. Ainsi, le tube d'apport d'eau 4 assure l'arrivée d'eau par le fond du tube récepteur 2b. Un autre tube d'apport 5, plongeant dans le tube récepteur 2b, permet l'entrée de nutriments et de bactéries lentes. Le tube d'apport d'air 6 plonge au fond du tube récepteur 2b afin d'y apporter l'air. Le tube récepteur 2a est également muni de tubes d'apport permettant d'amener à la culture divers constituants nécessaires à la croissance. Ainsi, le tube d'apport 7 plonge dans le tube récepteur 2a pour y apporter des nutriments et des bactéries à croissance rapide. Le tube d'évacuation 8 occupant le tiers supérieur du tube récepteur 2a permet la sortie de la culture bactérienne. Ce procédé de culture présente plusieurs étapes distinctes permettant une croissance optimale de la culture. La première étape est une phase de multiplication de la culture bactérienne. Les tubes récepteurs 2a et 2b sont emplis d'un même volume de milieu nutritif. Le tube d'apport 6 apporte l'air dans le tube récepteur 2b. Les tubes d'apport d'eau, de bactéries et de nutriments 4, 5 et 7 sont fermés afin que seul l'air soit apporté à la culture du bioréacteur. Cet apport d'air assure la croissance des bactéries, lorsque celles-ci sont aérobies, ce qui assure la multiplication de la souche dans le bioréacteur. L'air est amené au fond du tube récepteur 2b. Sa pression étant supérieure à celle de la culture bactérienne, il remonte à la surface du tube récepteur 2b, où il est transféré dans le second tube récepteur 2a, par l'intermédiaire du tube de jonction 3, dans la mesure où seul l'air peut être transféré puisque le liquide du tube récepteur 2b est à la limite de l'entrée du tube de jonction 3. 4 Le tube de jonction 3 plongeant dans le tube récepteur 2a, l'air se retrouve au fond du tube récepteur 2a. Sa pression étant toujours supérieure à celle de la culture, il remonte à la surface du tube récepteur 2a, puis est évacué vers un bac à graisses par l'intermédiaire du tube d'évacuation 8. L'arrivée de bactéries dans le bac à graisses permet de dégrader ces dernières. La deuxième étape consiste à injecter des bactéries avec leur milieu nutritif, afin d'assurer le cycle de renouvellement du bioréacteur. Le tube d'apport d'air 6 est fermé. Seuls les tubes d'apport d'eau, de nutriments et de bactéries 4, 5 et 7 sont ouverts. Ainsi, le tube d'apport 4 injecte de l'eau à 34 C, température optimale pour a croissance de la culture, dans le fond du tube récepteur 2b. Cette arrivée d'eau a pour effet de comprimer l'air dégagé par la culture bactérienne dans la partie supérieure du tube récepteur 2b et de faire augmenter le niveau du milieu du tube récepteur 2b. En parallèle, les tubes d'apport 5 et 7 amènent respectivement un mélange de nutriments et de bactéries à croissance lente dans le tube récepteur 2b et de nutriments et de bactéries à croissance rapide dans le tube récepteur 2a. Comme le volume du tube récepteur 2b augmente par l'arrivée d'eau, celui-ci recouvre partiellement le tube de jonction 3, ce qui a pour effet que la culture située sur la partie supérieure du tube récepteur 2b passe dans le tube récepteur 2a. Elle y arrive par le fond, ce qui a pour effet de comprimer la culture du tube récepteur 2a vers le haut, provoquant ainsi son évacuation vers le bac à graisses par l'intermédiaire du tube d'évacuation 8. Les volumes de culture présents dans les tubes récepteurs 2a et 2b sont alors équivalents. Comme la croissance des bactéries dans le tube récepteur 2b est plus lente, le temps de leur transfert vers le second tube récepteur 2a est suffisant pour qu'elles aient une croissance optimale avant d'être évacuées par le tube d'évacuation 8 vers le bac à graisses. L'étape suivante est une injection d'air dans le tube récepteur 2b. La densité de l'air étant supérieure à celle de la culture, l'air monte à la surface du tube récepteur 2b où il réduit le volume de la culture jusqu'à ce que celle-ci se retrouve au niveau inférieur au tube de jonction 3, 5 permettant ainsi à l'air d'être transféré vers le tube récepteur 2a. Cette injection et ce transfert d'air respectivement dans les tubes récepteurs 2b et 2a assurent la croissance bactérienne de façon homogène. La dernière étape est en fait un retour à la phase de multiplication bactérienne. Ce type de bioréacteur est adapté à toutes sortes de bactéries aérobies, dans la mesure où l'injection d'air est nécessaire au bon fonctionnement du dispositif selon l'invention. Par ailleurs, ce bioréacteur permet l'utilisation de deux types de souches bactériennes différenciées, dans la mesure où le bioréacteur comprend deux tubes de culture, permettant l'injection de milieux nutritifs adaptés à chaque type de souche et permettant à chaque souche d'avoir un temps de croissance spécifique. De plus, ce type de bioréacteur permet une maîtrise du trajet des fluides, qu'ils soient de nature liquide ou gazeuse, assurant ainsi une croissance optimale de la souche bactérienne, par contrôle du temps de séjour de la culture dans les différents tubes du bioréacteur, grâce à l'injection d'air ou d'eau dont le volume et le temps sont maîtrisés en fonction des étapes du cycle de croissance de la souche bactérienne. Par ailleurs, l'injection d'air et d'eau assure un bon transfert de la culture, évitant ainsi sa stagnation dans les tubes, notamment les tubes de jonction entre les tubes récepteurs et les tubes d'évacuation, et donc une perte éventuelle de la viabilité des souches par manque d'oxygénation pendant le transfert. 6 Le volurne d'air passe par chaque tube en série, ce qui supprime la répartition aléatoire du volume d'air. Ceci permet un meilleur brassage de la culture ainsi qu'une bonne oxygénation de cette dernière. Les différences de pression dues à l'injection d'air permettent à cet air de circuler dans la totalité des tubes du bioréacteur, assurant ainsi une croissance optimale de la croissance bactérienne, au moment où elle a besoin d'apports gazeux pour son développement. De plus,, ce type de bioréacteur avec des tubes en parallèle facilite la répartition des apports en milieu nutritif, substrat et bactéries dans chaque tube récepteur, à partir des dosages commandés pour chacun de ces éléments, la répartition étant effectuée au moyen de tubes plongeants dans les tubes de culture. Le bioréacteur selon l'invention permet la multiplication de bactéries, qui seront utilisées pour dégrader les graisses, comme il est décrit ci-dessus. Cependant, les bactéries peuvent avoir n'importe quelle application, que ce soit pour la transformation de diverses matières ou la dégradation de matières organiques quelconques. Le choix des souches bactériennes utilisées dans le bioréacteur sera donc fonction de l'utilisation ultérieure de ces bactéries. Bien que l'invention ait été décrite avec des moyens de réalisation particuliers, elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits.30 REVENDICATIONS 1. Procédé de culture bactérienne se déroulant dans un bioréacteur constitué de deux tubes récepteurs 2a et 2b servant de réservoir à la culture, disposés verticalement et liés entre eux par un tube de jonction 3, craque tube récepteur 2a et 2b étant équipé respectivement de tubes d'apport 5 et 7 pour les bactéries et les nutriments, caractérisé en ce que l'un des tubes récepteur 2b est muni d'un tube d'apport 6, ce tube plongeant et apportant de l'air à la culture. 2. Procédé de culture bactérienne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de jonction 3 transporte l'air remonté à la surface du tube récepteur 2b jusqu'au fond du tube récepteur 2a. 3. Procédé de culture bactérienne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un tube d'évacuation 8 éjecte l'air présent à la surface du tube récepteur 2a. 4. Procédé de culture bactérienne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes récepteurs 2a et 2b sont alimentés en bactéries et en nutriments en parallèle respectivement par les tubes d'apport 7 et 5. 5. Procédé de culture bactérienne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes récepteurs 2a et 2b contiennent des souches bactériennes différenciées. 30 6. Procédé de culture bactérienne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube récepteur 2b est alimenté en eau par un tube d'apport 4 parallèlement à l'apport en bactéries et en nutriments. 25 8 7. Procédé de culture bactérienne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface supérieure de la culture du tube récepteur 2b est transférée dans le tube récepteur 2a par l'intermédiaire du tube de jonction 3 et sous l'effet de l'injection d'eau. 8. Procédé de culture bactérienne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface supérieure de la culture du tube récepteur 2a est transférée vers l'extérieur par l'intermédiaire du tube d'évacuation 8 et sous l'effet de l'arrivée de la culture du tube récepteur 2b dans le tube récepteur 2a. 9. Procédé de culture bactérienne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'injection d'eau et d'air dans le tube récepteur 2b est contrôlée au niveau du temps et de la quantité en fonction de la cinétique de croissance des souches bactériennes. 10. Procédé de culture bactérienne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes récepteurs 2a et 2b contiennent respectivement des souches bactériennes à croissance rapide et lente. 11. Dispositif de culture bactérienne du type bioréacteur pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux tubes récepteurs 2a et 2b, liés entre eux par un tube de jonction 3, et dans lesquels des tubes d'apport 7 et 5 plongent pour assurer le renouvellement du milieu, le tube récepteur 2b étant alimenté en air par un tube d'apport 6 plongeant, et en eau par un tube 4 reliant le fond du tube réepteur 2b.