Etude et modélisation de la fermentation IBE en biofilm

Depuis de nombreuses années, les biotechnologies sont employées dans la conception de nombreux biens de consommation à partir de ressources renouvelables. En effet, ces technologies sont capables de synthétiser des molécules d’intérêts à partir de ressources agricoles. Par exemple, la bactérie Clostridium beijerinckii, mise en culture dans cette thèse, dégrade naturellement des hexoses pour synthétiser des molécules plateformes : du butanol et de l’isopropanol. Cette bactérie souffre malheureusement, en mode « batch », d’une inhibition causée par le butanol, amenant à de faibles productivités. De nouveaux modes de fermentation continue ont donc été développés pour lever cette inhibition en soutirant le produit de réaction et augmenter la productivité volumique. Ils consistent à immobiliser les bactéries au sein d’un support pour maintenir une forte concentration en biomasse dans le réacteur. Ainsi, ce système permet de découpler le temps de séjour de la biomasse du temps de séjour hydraulique, et d’augmenter la productivité volumique du procédé. Pour autant, de nombreux paramètres de fermentation doivent encore être optimisés et compris afin de maximiser les performances et d’assurer la montée en échelle. En effet, la croissance des cellules immobilisées au sein du matériau support dépend de nombreux facteurs comme les propriétés du solide support, la conduite du procédé, ainsi que les conditions hydrodynamiques. Ces propriétés peuvent donc influencer le développement du biofilm et donc la productivité volumique du procédé. Par conséquent, les recherches de cette thèse ont porté sur le développement d’outils expérimentaux et numériques permettant de mieux comprendre les phénomènes mis en jeu. Les modèles dynamiques mis en place dans ce travail sont capables de décrire la croissance du biofilm et permettent de simuler les performances du procédé en prenant en compte les phénomènes de détachement et d’attachement des cellules. De plus, de nouvelles méthodologies de cytométrie en flux et microscopie confocale, appliquées à l’étude des biofilms, ont été mises au point. Elles permettent de quantifier la viabilité des cellules adhérées aux supports. Ces méthodologies permettent de décrire la viabilité du biofilm formé ainsi que de mesurer la croissance des cellules viables qui composent ce dernier. Ces résultats ont ainsi permis d’envisager de nouvelles stratégies de contrôle et/ou de conduite du procédé. For many years, biotechnologies have been employed to des