Comparaison des conditions opératoires

Les résultats sont comparés dans un premier temps en termes de biomasse planctonique et fixée, de production de surfactine et de consommation de glucose pour chaque condition opératoire.

La biomasse présente dans le réacteur est constituée d’une partie fixée et d’une partie planctonique. La population planctonique correspond ici seulement au décrochement de biomasse du biofilm car le fonctionnement du bioréacteur en lessivage ne permet

pas le développement de la population des cellules en suspension par croissance. La répartition de la population bactérienne donne une indication sur le taux de renouvellement du biofilm.

Dans l’ensemble des expériences, aucune présence de métabolites primaires n’a été détectée contrairement aux résultats obtenus par Coutte, (2012).

7.4.1 Impact du débit de liquide dans les fibres

Trois débit de liquide dans les fibres différents ont pu être comparés allant de 2 à 20 mL.min-1_{, soit un nombre de Reynolds allant respectivement de 11 à 111.}

Figure 42 : Impact du débit de liquide dans les fibres sur les paramètres de culture en régime permanent. Croix bleu : biomasse fixée, rond bleu : biomasse planctonique, carré vert : surfactine, triangle rouge :

glucose résiduel.

La quantité de biomasse fixée diminue avec l’augmentation du débit de liquide et donc de la contrainte de cisaillement de 𝜏_𝑝 = 0,8 Pa à 𝜏_𝑝 = 8 Pa. Un pallier est atteint à partir de 10 mL.min-1_{, soit 𝜏}

𝑝 = 4 Pa, où la quantité de biomasse fixée ne varient plus et se stabilise autour de 10 mg de biomasse fixée (Figure 42).

7. Caractérisation du biofilm L’augmentation du débit de liquide impacte positivement la production de surfactine, en accord avec les résultats de l’analyse physiologique du biofilm,. Plus de glucose est consommé comme le montre la variation du glucose résiduel de 10 à 3 g.L-1 _(Figure 42). Cette augmentation est due à l’augmentation de la contrainte de cisaillement dans le liquide ce qui permet de réduire la couche limite et d’améliorer le transfert (Casey et al., 2000b; Pankhania et al., 1999). Cela corrobore l’hypothèse d’une configuration en conditions de référence (débit de 10 mL.min-1_{) limitante en glucose.}

La diminution du débit de liquide entraine une augmentation de la biomasse planctonique et de la biomasse fixée (en pourcentage) par rapport à la biomasse totale (89 % à QL = 2 mL.min-1 _{et 66 % à QL = 10 mL.min}-1_{). Il y a donc moins de décrochage,} ce qui est dû à la diminution de la contrainte de cisaillement (Casey et al., 2000b; Debus et al., 1994). La diminution du débit réduit drastiquement la production de surfactine. Malgré une quantité de biomasse fixée élevée, seule une faible partie du biofilm a accès aux deux substrats (configurations D, Figure 9) et permet la production de surfactine.

7.4.2 Impact de la pression de gaz à l’extérieur des fibres

Trois pression de gaz différentes à l’extérieur des fibres ont pu être comparées allant de 0,25 à 1 bar. Au-delà de cette pression, l’interface n’était plus suffisamment stable pour maintenir l’équilibre durant la durée de l’expérience.

Figure 43 : Impact de la pression de gaz à l’extérieur des fibres sur les paramètres de culture en régime permanent. Croix bleu : biomasse fixée, rond bleu : biomasse planctonique, carré vert : surfactine,

triangle rouge : glucose résiduel.

L’effet de la pression sur la production de surfactine est corrélé aux résultats obtenus en cytométrie en flux.

L’augmentation de la pression de 0,5 à 1 bar peut induire une augmentation de la population bactérienne fixée par une plus grande disponibilité de l’oxygène au contact de la membrane (dû au gradient de concentration plus élevé). Elle induit une amélioration de l’activité respiratoire mais également de la production de surfactine (1463 mg.m-2 _{à 0,5 bar à 1778 mg.m}-2 _{à 1 bar) avec une augmentation de la} consommation de glucose (Figure 43).

Une pression de gaz faible (0,25 bar) peut induire un positionnement de l’interface tel que les pores soient remplis par le milieu, créant une niche bénéfique à la croissance bactérienne pouvant expliquer la quantité de biomasse fixée importante (44 mg). Cependant, la consommation de glucose est augmentée alors que la production de surfactine chute (1463 mg.m-2 _{à 0,5 bar à 248 mg.m}-2 _{à 0,25 bar). Cette hausse de}

7. Caractérisation du biofilm

consommation pourrait être expliquée par la maintenance des cellules composant le biofilm étant donné l’augmentation de la quantité de biomasse fixée.

7.4.3 Impact des concentrations en glucose et en oxygène

Les concentrations en glucose dans le milieu de culture d’alimentation et en oxygène dans le gaz ont été variées. Deux concentrations en glucose ont été testées, 20 et 40 g.L-1_{. De même, deux concentrations en oxygène ont été testées l’utilisation de} deux gaz, de l’air comprenant 20 % d’oxygène et de l’air enrichi à 38 % d’oxygène.

Figure 44 : Impact des concentrations en glucose et en oxygène sur les paramètres de culture en régime permanent. Croix bleu : biomasse fixée, rond bleu : biomasse planctonique, carré vert : surfactine,

triangle rouge : glucose résiduel.

L’augmentation de la concentration en glucose induit un plus grand gradient de concentration et donc potentiellement une meilleure pénétration du glucose dans le biofilm. Cette plus grande disponibilité pourrait permettre d’obtenir l’accès au substrat d’une plus grande partie du biofilm et donc d’augmenter la taille du biofilm. Une augmentation de la consommation de glucose est observée sans amélioration de la production de surfactine (Figure 44). Malgré une disponibilité plus importante du

principal substrat carboné, la limitation en oxygène est toujours présente et empêche l’amélioration de la production de surfactine.

L’augmentation de la concentration en oxygène dans l’air induit une forte augmentation de la production de surfactine malgré (i) une légère diminution du glucose résiduel, (ii) aucune modification de la biomasse fixée et (iii) une faible activité respiratoire. Ces conditions de culture sont les plus favorables à la production de surfactine, atteignant 2,4 mg.m-2_{, soit le double en comparaison avec les conditions de référence ([O2] =} 20 %) et six fois plus que dans les travaux de Coutte, (2012).

7.5 Comparaison des performances d’aération en présence et en absence