Conduite des bioréacteurs - Éléments de méthodologie

Avant de pouvoir étudier, modéliser, simuler les bioréacteurs, on commencera par présenter les différents modes opératoires possibles.

D'une manière générale un réacteur peut fonctionner en mode discontinu, semi-continu ou continu.

Ci-dessous, les différents modes opératoires sont schématisés.

Dans un réacteur discontinu, tous les substrats sont initialement introduits dans le réacteur et les produits récupérés après une certaine durée de réaction.

En mode discontinu alimenté, les substrats sont introduits de manière continue tandis que les produits ne sont récupérés qu'à la fin de la réaction. Pour ce dernier mode, les concentrations peuvent varier au cours du temps ou être constantes en fonction de la programmation de la fonction débit d'alimentation.

Dans le cas des réacteurs continus, le mode de mélange permet de distinguer deux cas limites : les réacteurs dits parfaitement mélangés où la qualité de l'agitation est considérée comme suffisante pour approximer le contenu du réacteur à un contenu homogène, et les réacteurs séquentiels, dont les réacteurs dits pistons sont le cas extrême (idéal).

A l'inverse des réacteurs batch, les réacteurs continus et pistons sont le plus souvent utilisés en régime stationnaire : l'alimentation en substrats et la récupération des produits se font en continu, mais les concentrations associées sont constantes au cours du temps en entrée et en sortie. Dans le cas du réacteur parfaitement mélangé, les concentrations dans le réacteur sont constantes (et égales aux concentrations en sortie) tandis que dans le réacteur piston les concentrations varie selon l'axe du piston (mais pas dans le temps, pour une position donnée).