Les débits

Ce paramètre peut être mesuré à l'aide d'un rotamètre : petit flotteur placé dans un tube conique vertical.
Le flotteur est en équilibre sous la triple action de : son poids, la force de poussée d'Archimède et la poussée du liquide. Le repérage de la position du flotteur se fait par lecture directe sur le tube en verre muni de graduations.

schéma de principe du rotamètre	photographie d'un rotamètre

Fermentation : notions avancées

STLBGB - ac versailles ressources

Les éléments du fermenteur

Préparation à l'autoclavage

Préparation du fermenteur à la culture

La boucle de prélèvement

L'unité de fermentation

Les sondes

La boucle de régulation

Exemples

L'acquisition de données

Les procédés de culture

Suivi cinétique

Productivité

Diauxie

Les sondes ou capteurs permettent la mesure de différents paramètres lors de la croissance et la production, dans les buts d'optimiser la productivité et d'assurer la reproductibilité des campagnes de production.

• Un capteur est un système qui transforme une grandeur physique en une grandeur exploitable, souvent de nature électrique, car un signal électrique se prête facilement à des traitements et analyses.
  

Ce schéma simple traduit un ensemble complexe d'éléments permettant la mesure de la grandeur, sa conversion via un transducteur en signal électrique, et la mise en forme, l'amplification et le filtrage du signal de sortie afin que celui-ci soit exploitable.

• Les paramètres mesurés :

paramètres		nature du capteur
physiques	température	thermomètre, thermorésistance	°C
	débit des gaz	rotamètre, débitmètre...	v.v.m ou v.v.h
	agitation	compte-tours mécanique, capteur électronique : tachymètre	rpm
	niveaux
chimiques	O2 dissout	électrode polarographique
	substrat, produits	biocapteurs ou dosages spécifiques
	pH	électrode potentiométrique
	acides, bases ajoutés	débits des pompes
biologiques	biomasse	balance, spectrophotométre
Cliquer sur les termes en gras pour obtenir une explication détaillée

Ces mesures peuvent être effectuées en ligne (sans intervention d'un opérateur) ou hors ligne.

• Les sondes servent
  • au contrôle : vérification ou mesure simple d'un paramètre de fermentation
  • à la régulation : ensemble des processus qui permettent de maintenir un écart minimal voir nul, entre la valeur mesurée d'un paramètre de fermentation et la valeur de consigne
    (voir boucle de régulation)

L'agitation

Ce paramètre peut être mesuré à l'aide d'un tachymètre : compte-tours électronique, situé au niveau du moteur et analysant le temps mis par l'arbre d'agitation pour réaliser un tour. La vitesse est donc exprimée en rpm : rotations par minute.
Cette mesure ne prend pas en compte la puissance développée par le moteur pour réaliser l'agitation du milieu. Si la viscosité du milieu en cours de fermentation augmente trop, le point de consigne peut ne plus être respecté. (attention : risques de détérioration du moteur)

remarque le contrôle de l'agitation peut être couplé à celui de l'oxygénation voir ce point

La température

Ce paramètre peut être mesuré à l'aide d'un thermomètre, que l'on enfile dans un doigt de gant, ou plus classiquement par une thermorésistance (cas de la Pt-100) : sonde formée par une résistance dont la valeur dépend de la température .
La mesure de ce capteur est basée sur la loi d'Ohm [U=R(T).I], un courant constant est envoyé dans la sonde et les variations de U sont enregistrées.

Le pH

Ce paramètre est générallement mesuré par une électrode combinée de verre autoclavable. C'est une mesure potentiomètrique entre deux électrodes. ELECTRODE DE MESURE constituée d'une boule de verre de faible épaisseur dans laquelle plonge une électrode au chlorure d'argent (= tige d'argent recouverte d'AgCl (s) en contact avec HCl). Le pH de cet électrolyte est constant (pHo). ELECTRODE DE REFERENCE qui est une électrode au calomel saturé au potentiel constant et qui est en contact avec la solution dont on mesure le pH via un diaphragme (petit "pore" qui permet à la solution électrolytique de s'équilibrer en ions avec la solution dont on mesure le pH). La valeur du potentiel varie en fonction du pH, selon une loi linéaire : E = a + b . pH a et b sont déterminés par étalonnage.
Schéma de l'électrode de verre au calomel saturé
Photographie d'une sonde pH

L'oxygène dissout

Ce paramètre est générallement mesuré par une électrode polarographique qui repose sur le principe de l'électrode de Clarck : anode en argent et cathode en platine baignant dans un électrolyte (solution alcaline de Na3PO4 à 50 g/l). Sous l’effet d’une ddp de 800 mV, l’oxygène qui passe dans l’électrolyte à travers la membrane de Téflon, est constamment réduit selon les réactions suivantes : à l’anode :
à la cathode
Un courant est donc créé entre l’anode et la cathode, proportionnel à la quantité d’oxygène présent. La variation de ce courant en fonction de la teneur en oxygène est donc représenté par une droite.
Schéma de l'électrode de Clarck