Qu’est ce que : Définition du bioréacteur

Les bioréacteurs sont ces systèmes fermés qui donnent lieu à une bioréaction, qui permet la prolifération de micro-organismes en fonction du maintien de certaines conditions de différentes variables telles que l’humidité, la température, la pression, le pH, les concentrations homogènes, le pourcentage de gaz et autres. Candela Rocío Barbisan | Mar. 2022Ingénieur chimiste

Les pièces qui composent un bioréacteur

En général, un bioréacteur est composé de différents modules qui lui permettent de fonctionner correctement. Tout d’abord, il y a un boîtier ou une enceinte qui constitue le récipient, souvent appelé dorna, qui adapte les conditions de stérilité requises, c’est pourquoi, en général, les matériaux constitutifs sont habituellement l’acier inoxydable et le verre, selon les conditions de travail et les volumes requis.
Ensuite, il y a le module de contrôle, qui permet de régler les paramètres afin que l’atmosphère de travail soit adaptée ; comme toute boucle de contrôle, ce module permet de surveiller différentes variables et d’en manipuler d’autres afin d’éviter les perturbations et d’activer les outils qui permettent de contrôler les réactions effectuées en interne. De même, ce système de contrôle nécessite des instruments de contrôle et de mesure auxiliaires, voire des équipements ajoutés au bioréacteur.
Pour le contrôle de la température, le bioréacteur dispose d’un bain thermostatique qui permet de maintenir cette variable à une valeur souhaitée, de sorte que la température soit homogène dans tout le réacteur.
Enfin, comme tout système industriel, il peut nécessiter des instruments et des équipements supplémentaires pour des services auxiliaires tels que des systèmes de compression d’air et des débitmètres, afin de doser l’air et les gaz nécessaires au développement des micro-organismes.

Comment fonctionnent-ils ?

Pour mieux comprendre, nous pouvons utiliser un exemple. Le cas d’un bioréacteur dans le contrôle de la qualité de l’eau. Dans ce cas, la cuve est remplie de copeaux de bois à travers lesquels l’eau s’écoule. Les micro-organismes du sol qui sont emportés par l’eau avant d’entrer dans le réacteur colonisent les copeaux de bois et se nourrissent du carbone contenu dans les copeaux. En outre, dans leur processus de vie, ils inhalent les nitrates de l’eau et expirent l’azote dans l’atmosphère, de sorte que l’eau est finalement appauvrie en nitrates.
En fonction du type de traitement souhaité, le bioréacteur change de composition. Ils sont largement utilisés dans le traitement des effluents et des eaux usées. On parle de réacteurs anaérobies et aérobies, en fonction du type de micro-organismes (généralement des bactéries). En fonction de celles-ci, les capacités d’assimilation de la matière organique et des nutriments dissous sont déterminées, permettant ainsi l’élimination de ces composants de l’eau. La matière organique, comme mentionné ci-dessus, est la source de nourriture pour ces micro-organismes et, en outre, une source d’azote et de phosphore doit être fournie pour le processus d’inhalation, qui permet la croissance du micro-organisme. La biomasse générée est séparée par différence de densité et l’eau finale est ainsi débarrassée des matières organiques et des composés azotés et phosphorés. Bien entendu, cette application est limitée par le fait que l’effluent à traiter ne doit pas contenir de biocides.

Mode de fonctionnement

Bien que cela soit développé ici pour les bioréacteurs, on peut dire que ce sont les modes de fonctionnement typiques de tout réacteur dans l’industrie.
Dans le cas d’un fonctionnement en bioréacteur discontinu, le volume reste fixe pendant toute la durée de l’opération et les micro-organismes consomment des réactifs (nutriments) et génèrent les produits stipulés. Au contraire, si l’opération est continue, le réacteur est alimenté en continu par un flux d’entrée et simultanément un certain flux de produit est extrait.
Une opération combinant les deux modes peut également se produire, où un fonctionnement par lots a lieu, et après certains intervalles de temps, un flux d’alimentation est injecté.

Autres exemples d’application

Les différentes utilisations qui ont été faites des bioréacteurs au cours des dernières années les ont placés à un point de développement. De la production de cellules végétales et d’engrais pour l’industrie agricole à l’industrie des hydrocarbures pour l’assainissement de l’environnement et le traitement des effluents, en passant par l’industrie des énergies renouvelables, comme la production de biogaz et de biodiesel.
Ils ont également trouvé leur place dans l’industrie alimentaire, pour la production de probiotiques, qui sont aujourd’hui en vogue, et même dans le brassage de la bière.
Bien sûr, dans l’industrie cosmétique et pharmaceutique, ils sont aussi largement utilisés dans la fabrication de crèmes, d’acétone, d’antibiotiques et même de vaccins.