Automatisation des bioréacteurs Trois bioréacteurs : du laboratoire à la production

À l'occasion du salon Analytica, Festo montre comment automatiser les bioréacteurs destinés aux algues, aux bactéries et aux levures. L'entreprise présente des composants et des solutions pour la gestion des gaz, la gestion des fluides et les techniques de commande – de la simple vanne à l'armoire électrique prête à être installée.

Les bioprocédés constituent des alternatives durables aux procédés de production traditionnels et permettent la fabrication de nouveaux produits. À l'occasion du salon Analytica, Festo présente, dans le cadre de son offre « Biotech Automation », un aperçu des composants et solutions déjà disponibles, à travers une sélection de procédés de culture. L'entreprise présente trois bioréacteurs : un bioréacteur en boucle pour les algues, illustré par l'exemple de la Chlorella vulgaris, un réacteur en acier inoxydable destiné à la culture de micro-organismes tels que E. coli, ainsi qu'un réacteur de laboratoire de paillasse destiné à la formation initiale et continue.

Bioréacteur en acier inoxydable destiné à la biotechnologie industrielle

Numéro 1 : le bioréacteur en acier inoxydable. Pour que les micro-organismes tels que les bactéries, les algues et les levures se développent de manière optimale et produisent une biomasse importante, le bioréacteur doit offrir des conditions environnementales parfaitement adaptées à leurs besoins. Cela nécessite de mesurer, d'enregistrer et de réguler de nombreux paramètres de processus. Outre la température et le pH, l'apport constant en nutriments (milieux liquides) ainsi que l'injection précise d'air, d'oxygène ou d'autres gaz et leur répartition homogène dans le réacteur jouent un rôle central. Festo propose à cet effet des composants d’actionneurs et de capteurs, ainsi que des solutions dans les domaines de la gestion des gaz, de la gestion des liquides, du mouvement et des techniques de commande (Control) – jusqu’à l’armoire électrique prête à être installée.

Le bioréacteur en acier inoxydable est notamment adapté à la culture de micro-organismes tels que E. coli et est fréquemment utilisé dans le domaine de la biotechnologie industrielle. Des régulateurs de débit massique VEMD sont utilisés pour le dosage des gaz. Outre l'air, le système dose également l'azote, le CO₂ et l'oxygène.

Pour les fluides liquides, Festo utilise le procédé « Pressure-Over-Liquid » : la vanne de régulation de pression proportionnelle VEAB génère une pression d'alimentation dans un réservoir de fluide. C'est grâce à cette surpression que le fluide pénètre dans le réacteur. Selon les informations fournies par l'entreprise, l'électrovanne VYKA, isolée du fluide, contrôle avec une grande précision même les plus petites quantités et convient également aux substances agressives telles que les bases, les acides et autres produits chimiques.

Pour la régulation de la température du réacteur, Festo utilise la vanne à boisseau sphérique VZBD, conforme aux normes FDA, qui est réglée par l’actionneur rotatif DFPD et le positionneur CMSX. Le système de commande CPX-E contrôle tous les composants du réacteur et régule automatiquement le pH, la température et d'autres facteurs influant sur la croissance des micro-organismes. Une connexion à un système de gestion technique via la norme MTP est possible.

Le réacteur à algues utilise la photosynthèse

Numéro 2 : le réacteur à algues. La photosynthèse est une voie métabolique essentielle à la croissance des algues. Au cours de ce processus, le CO₂ est transformé en sucre et de l'oxygène est libéré. Les deux photobioréacteurs à panneau plat et à circulation par air (FPA) de Subitec, d'une capacité de six litres chacun, permettent la culture productive de microalgues grâce à une utilisation optimale de la lumière, du CO₂ et des nutriments. L'application présente deux méthodes de gazage contrôlé : d'une part, un régulateur de débit massique VEMD pour l'air et un autre pour le CO₂ acheminent chacun la quantité exacte nécessaire dans le réacteur. D’autre part, le régulateur de pression VEAA, associé au capteur de débit SFAH, contrôle l’injection de gaz. Ce dernier mesure la quantité réelle de CO₂ et d’air.

La vanne à manchon VZQA, à commande pneumatique et adaptée au contact alimentaire, sert au remplissage et à la vidange du réacteur ou au prélèvement d'échantillons. Ces vannes sont commandées par le nouvel îlot de vannes VTUX. Le CPX-E assure la commande et la régulation des composants du réacteur et régule automatiquement le pH, la température, l'injection de gaz et l'éclairage.

Réacteur d'apprentissage pour la biomécatronique

Numéro 3 : le « Lernreaktor ». Festo ne se contente pas d’aborder les défis liés à la « biologisation » d’un point de vue purement technique. En tant qu’acteur majeur dans le domaine de la formation initiale et continue, l’entreprise se préoccupe également des compétences qui seront nécessaires à l’avenir. Le « réacteur d'apprentissage » présente un concept modulaire comprenant des logiciels et du matériel d'apprentissage destinés à l'acquisition des bases techniques de la biomécatronique. À partir d'un bioprocédé, le système transmet des connaissances en électrotechnique, en mécanique, en informatique et en processus biologiques.

Solutions système sur mesure

Outre des composants individuels, Festo propose également des solutions système sur mesure pour les bioréacteurs. Des solutions d'automatisation adaptées sont ainsi mises au point à partir de composants sélectionnés, par exemple sous la forme d'armoires électriques complètes. De plus, il est possible de développer des logiciels sur mesure, allant du système de commande jusqu'au cloud. L'intégration transparente des systèmes et la possibilité d'analyser les données en temps réel permettent un contrôle des processus efficace et transparent.

Analytica 2026 : hall B2, stand 309