Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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OESCRIPTtON
Introduction et problématique
L'utilisation J'inocula microbiens en agriculture est prometteuse mais reste
malgré tout
aujourd'hui peu développée, surtout ert ce qui concerne la production de
grandes cultures, et
encore plus en ce qui concerne les grandes cultures non-Legumirrosea.
Pro~dés intégrés
Les coûts relativement élevés associés à la fermentation, la forrwlation et le
conditionnement
J'inocula stables (WO 01195918 A1 ; WO 20041022031) ont beaucoup à voir avec
cet état de fait.
En effet, de par sa nature la production des grandes cultures non-Leguminosea
requiert des
intrants dont le coût est suffisamment faible pour rendre économique leur
utilisation dans ce
contexte de production primaire, secteur où tes bénéfices nets et tes marges
de production sont
plutôt faibles par rapport aux secteurs secondaire (industriels) etlou
tertiaire (services), ou encore
le secteur biomédicale.
Pour favoriser ce développement il serait avantageux de contribuer à réduire
les coûts de
fermentation, de formulation et de conditionnement en combinant autant que
possible ces étapes
en un seul procédé de fabrication, la présente invention propose donc une
méthode de
conditionnement en deux parties amovibles et initialement indépendantes l'une
de l'autre de
façon a permettre dans un premier temps la production de la biomasse
microbienne par voie de
multiplication cellulaire et sa formulation à l'état solide. Cette notion de
bic-réacteurs autonomes
et constitués de parties amovibles afin de faciliter la manutention de micxo-
organismes existe
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(WO 97112029 A1 ) ; elle n'a jamais cependant été appliquée â la production
industrielle d'un
inocula dans le sens de la présente invention. L'étape de production-
formulation a déjà été
décrite pour l'essentiel dans notre précédente demande de brevet déposée
auprès de fOpic le 31
mai 2004 (Claude 2004). Dans un deuxiême temps l'invention permet de combiner
à cette
première partie de l'invention un contenant pour le conditionnement définitif
de finoculum
microbien. L'intégration de la production et de la formulation, ainsi que la
possibilité de réutiliser
le contenant pour le conditionnement définitif contribue à réduire d'auliant
plus les coüts de
production. Bien que la notion d'intégration de bio procédés comme rnesure
d'économie n'est
pas en soi nouvelle (US 5,047,332) elle n'a jamais été appliquée à la
production J'inocula
microbien destinés aux grandes cultures.
Pulvérisation liauide de formulah,;Q_ns non miscibles
Dans une précédente demande de brevet (Claude 2004) nous avons décrit un
procédé de
fermentation et de formulation à l'état solide (FFES) de compositions pour la
bactérisation
d'engrais organiques (EO) granulés etlou d'engrais organo-minéraux (FOM)
applicables en tant
qu'engrais de démarrage. Or, il serait aussi avantageux de pulvériser les
bactéries favorisant la
croissance des plante, ou BFCP, que contiennent ces macula directement sur des
résidus de
cultures en les re-suspendant en phase liquide (aqueuse) ; la pré bouillie
inoculante ainsi
constituée peut par la suite être diluée et pulvérisée à t'aide d'un
pulvérisateur agricole
conventionnel. La présente invention propose un mode de conditionnement
permettant la re-
suspension et pulvérisation de cette formulation à l'état solide non miscible
à l'eau (phase
aqueuse).
En effet, et malgré les avantages que procure cette technologie FFES (Claude
2004), la
formulation microbienne qui en résulte reste néanmoins non miscible à l'eau et
donc ne peut en
soi être pulvériséé en tant que liquide. Par exemple, elle contient des
Cellules bactériennes
favorisant la croissance des plantes, ou BFCP; qui doivent être préalablement
resuspendues
dans un volume limité d'eau non distillée mais potable et non bactéricide et
par la suite versées
dans un volume plus important pouvant, lui, être pulvérisé au champ. Ce
faisant, les
composantes non miscibles à l'eau propres à la FFES, notamment les substrats
cellulosiques et
les fines particules de sol, doivent être retenus dans un volume d'eau limité,
une pré bouillie, afin
de ne pas intertérer avec le mécanisme de pulvérisation une fois cette pré
bouillie combinée à
volume d'eau plus important, disons environ 2 à 300 t_ pour fin d'application
au champ etlou sur
les résidus de culture au sol. Pour ce faire nous avons donc conçu
l'innovation technique
suivante.
Domaine de l'invention
Formulation et conditionnement de micro-organismes, notamment les bactéries
favorisant la
croissance des plantes (BFCP), destinée à la constitution J'inocula pour les
cultures
agronomiques, maraîchères et horticoles.
Définition générale de l'invention
Méthode de conditionnement muttifonctionnelle et partiellement réutilisable
pour formulations non
miscibles à !'eau J'inocula microbiens destinés à fa production végétale.
Lesdits inocula sont
retenus hors de la phase aqueuse à l'aide d'une membrane inerte et poreuse
permettant
cependant de re-suspendre dans la phase aqueuse qui lui est immédiate les
micro-organismes
ainsi produits et formulé à l'état solide.
But de l'invention
Permettre le conditionnement et l'application au champ et par pulvérisation
liquide d'une
préparation microbienne inoculante formulée à l'état solide et pourtant pour
l'essentiel non
miscible à l'eau. A ce jour, les préparations de micro-organismes, destinées
ou non à
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l'agriculture, sont soit formulées à (état liquide, ce qui pose des problémes
liés aux délais limité
de conservation de ces préparations, soit formulées à l'étau solide par voie
de lyophilisation (WO
01132835 A1 ), etlou par des procédés assimilés (US 4,647537 ; WO 20041022031
; W0
01137656 A2). Ainsi; la production de ce type de formulation à fëtat solide
pose de sérieux
problèmes de coûts de fabrication lorsque lesdits inocula sont destinés à un
usage agronomique.
En ce sens, nous avons déjà mis au point un procédé de fermentation et
formulation à l'état
solide (FFES ; Claude 2004) permettant de combiner les étapes de praduction et
de formulation
de biomasses microbiennes, avantageusement de type bactérien ; en principe,
cette combinaison
est source d'économies en terme de coûts de fabrication. La présente
invention, elfe, permet de
contenir ladite formulation non miscible à l'eau ainsi produite et formulée et
de re-suspendre les
micro-organismes qu'elle contient ; la formulation microbienne non miscible à
l'eau (phase
tiqueuse) devient donc versable et est intimement pulvérisable.
Principale utilité
La pulvérisation aux champs de divers intrants à la production agricole tet
que les herbicides et
les fongicides est fréquemment utilisée. ll est avantageux de pouvoir faire de
mëme avec des
formulations microbiennes, notamment les formulatïons de bactéries favorisant
ta croissance des
plantes, ou BFCP (Claude et Filfion 2004). En effet, ia pulvérisation d'une
phase aqueuse à
l'avantage de favoriser le contact intime entre lesdites cellules bactériennes
et le ou les substrats
qui leur sont destinées. Les préparations inoculantes versables et donc
pulvérisables sont
généralement formatées à l'état liquide, ce qui en facilite effectivement
(utilisation, mais réduit
ainsi considérablement leurs délais de conservation étant donné la présence
d'eau favorable à
l'activité métabolique des micro-organismes: Les formulations à l'état solide
obtenues par
séchage etlou lyophilisation, bien que avantageuses en terme de délais de
conservation, de
miscibilité et de mânipulation (stockage) sont cependant hors de prix en ce
qui concerne
l'application de tais inocula au champs, notamment directement sur des résidus
de cultures.
La principale utilité de l'invention consiste donc à permettre la re-
suspension, te versement et
éventuellement la pulvérisation liquide de ta formuttition non miscible à
l'eau de micro-
organismes, formulation avantageusement produite par FFES (Claude 2004). Elle
permet aussi
de combiner partiellement les étapes de production (fermentation et
formulation) et de
conditionnement, contribuant ainsi à une certaine économie en termes de coûts
de fabrication.
Le problème est donc que ces formulations praduites et formulées à l'état
solide par FFES sont
peu au pas miscibles à l'eau et ne peuvent être dissoutes pour fin de
pulvérisation aqueuse.
Nous proposons donc de retenir à l'aide d'une membrane inerte poreuse et
résistante tes
constituants pailleux et telluriques (ct. Claude 2004) de cette formulation au
moment de l'ajout
d'une quantité d'eau suffisante pour permettre la re~suspension des cellules
BFCF qu'ils abritent.
Deux variations de cette invention sont présentées ;
(1 ) retenir au sein d'un sachet, non fixé (fibre) à l'intérieur du contenant
â ta façon du sachet
de thé, les 300 g de formulation non miscible à l'eau - les 900 ml d'au
potable non stérile
étant ajoutés par après (Type 1 ; figure 1 ).
(2) retenir au fond d'un contenant les 300 g de formulation - les 900 mi d'eau
potable non
stérile sont ajoutés et te contenant agité pendant quelques minutes afin de
permettre la
re-suspension desdites cellules (Type 2 ; figure 2) ;
Comme de raison, le bec verseur et l'orifice qui fui est propre doivent dans
ce ctis-ci être
dimensionnés de façon à permettre far~ilement l'introduction dudit sacrhet.
Enfin, il est
avantageux dans les deux cas de placer, au niveau du bec verseur du flacon,
une membrane
poreuse filtrante grossière afin de retenir d'éventuels débris.
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Prince et Design
De part sa conception, l'invention permet d'intégrer au sein d'un seul
:procédé de fabrication les
étapes de (1 ) production des biomasses microbiennes par fermentation et
multiplication
cellulaire, (2) de formulation à l'état solide à màme les substrats carbonés
et énergétiques et
enfin, (3) de conditionnement définitive.
En ce sens, et d'un point de vue bio industriel il est avantageux de séparer
le contenant en deux
parties ; une partie serrant à la production et ta formulation, la FFES en
d'autre mots, et l'autre
partie servant pour le conditionnement définitif de finoculum.
Pour l'invention selon le Type 1, il s'agit de transférer la formulation
produite par FFES (Claude
2004) vers un sachet fait d'une matière non biodégradable à court terme, le
nylon par exemple,
d'une maille suffisamment fine pour ne pas laisser passer librement les fines
particules de sol.
Ce sachet devra être de dimension suffisamment importante pour laisser libre
cours à l'inocula et
son support solide, un peu comme peut le faire du thé dans un sachet de thé
conventionnel. II
faut sceller ce sachet, à l'aide d'un soudeur à matière plastique par exemple
non exclusive, et y
disposer si nécessaire un oeillet renforcé à l'une de ses extrémités ; ce
sachet servira à infuser la
bouillie inoculante à introduire dans le pulvérisateur peu avant le traitement
plein champ des
résidus de culture. Le sachet peut aussi être placê directement dans le
pulvérisateur si aucun
mécanisme d'agitation ne vient mettre en question son intégrité. Placer ce
sachet dans une
enveloppe de matière souple et étanche (plastique) et la sceller,
avantageusement à !'aide d'un
soudeur à matière plastique par exemple, sous vide ; ce sachet prêta l'emploi
peut être conservé
ainsi plus de 6 mois, préférablement dans un endroit frais et sec; tout en
assurant un titre
cellulaire d'au moins 109 cellules (azoto)bactériennes par gramme J'inocula
ainsi constitué.
Pour l'invention séton le Type 2, le contenant dans son ensemble est
détachable de haut en bas.
La partie dite du haut; une fois fixées sur ceAe dite du bas, est conçue pour
revoir ia phase
aqueuse permettant de re-suspendre tes micro-organismes, avantageusement des
bactéries
favorisant la croissance des plantes ; cette partie est aussi réutilisable. La
partie dite du bas est
conçue pour permettre la production des biomasses microbiennes par voie de
fermentation
(multiplication cellulaire) et Leur formulation à l'état solide,
avantageusement selon un procédé dit
de fermentation et formulation à l'état soilcie, ou FFES, tel que décrit dans
notre précédente de
brevet canadien déposée auprès de l'Opïc le 31 mai 2004 ; cette partie, bien
que recyclable, est
conçue pour usage unique. Nous considérons que le Type 2 est le design le plus
avantageux
dans la plupart des cas envisagés.
Acüvité inventive, avantages par rapport à l'état de l'art, et traüs
distinctifs
L'activité inventive propre à l'invention repose sur quatre faits ;
v Intégration de la fermentation, ia formulation et le conditionnement des
inocula
microbiens destinés à l'agriculture. Cette intégration favorisera la réduction
des coûts de
production dans son ensemble.
o Possibilité de verser, dans te réservoir d'un pulvérisateur conventionnel
par exemple, des
cellules bactëriennes sans avoir à dissoudre préalablement un co-formulant
inerte. Cette
dissolution pourrait dans bien des cas provoquer chez les bactéries en
question un choc
osmolytique et un fort taux de mortalité.
o Ne pas avoir à recourir à la lyophilisation etJou à un quelconque séchage à
vide,
procédés de déshydratations normalement associées à une certaine mortalité
cellulaire,
souvent de l'ordre de plus 90~ des cellules initialement présentes.
o La FFES permet d'induire et d'assurer la compétence édaphique de cellules
bactériennes favorisant la croissance des plantes, ou BFCP, isolées selon
notre
précédent brevet (FR 2 833 016). Elle combine donc production, et assurance et
contrôle de la qualité (AQCQ) dans un seul procédé, d'où une certaine
réduction des
coûts de production dans son ensemble.
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Le design bipartite de l'invention lui aussi confer certains avantages ;
o réduction des volumes nécessaires tant au niveau de la production (i.e.
pourquoi occuper
une aire de production avec un volume à 8D% dédié à recevoir la phase aqueuse
qu'ultimement introduite par !'utilisateur finale ;
a réduction des coûts de conditionnement puisque la partie servant qu'au
conditionnement
est en principe à usage multiple et recyclable directement par l'utilisateur
final qui n'a pas
à la racheter à chaque fois - la composante protection de l'environnement est
en sens
non négligeable ;
o il n'est plus nécessaire d'assurer la fixation de la membrane poreuse sur la
paroi d'un
contenant unique après y avoir introduit la formulation à l'état solide des
microorganismes puisque celle-ci est intégrée soit à la partie du bas dédiée à
la FFES
(Type 2), soit constituée par le sachet immersible (Type 1 }.
En résumé, certains traits distinctifs de l'invention ;
a MSOL permet d'assurer l'essentiel de la multiplication cellulaire du produit
inoculant déjà
sous sa forme quasi définitive dans le contenant même conçu pour son
conditionnement.
Cela a pour avantage de réduire appréciablement les étapes pré conditionnement
et post
productions normalement prévues pour ce type de produit.
MSOL permet de reconstituer séparément une bouillie concentrée sans mortalité
appréciable des cellules BFCP par effet d'osmolyse, dans la mesure où le
concentré ait
introduit dans le réservoir du pulvérisateur en temps utile. Pour contribuer à
cette
assurance anti-osmolyse, ü est avantageux d'introduire environ 10% plp de
glycérol au
moment du conditionnement.
o MSOL évite d'avoir à introduire un sachet perméable contenaint la
formulation inoculante
non miscible directement dans le réservoir du pulvérisateur, ce qui
pratiquement s'avère
impossible dans la plupart des cas étant donnée la taille de la dose hectare
et les
dimension dudit réservoir.
Description et commentaire des dessins
La méthode de conditionnement comprend deux parties ; l'une, dite partie du
bas (Type 2), ou
sachet (Type 1 ), contenant l'inocula microbien produit et formulé à l'état
solide, l'autre, dite partie
du haut, contenant éventuellement et au moment de l'utilisation final de
produit, la phase
aqueuse, avantageusement de l'eau potable non bactéricide.
La partie comprenant l'inocula microbien formulé à l'état solide et non
miscible dans l'eau ou
toute autres phases aqueuses non bactéricides, peut ëtre de deux types ; (1 )
un sachet libre et
non fixé introduit postérieurement un peu à la façon d'une sachet de thé dans
une théière (Type
1 ; figure 1 ), ou (2) un compartiment vissable, dit K ~a partie du bas », à
la partie du haut devant
servir à recevoir la phase aqueuse (Type 2 ; figure 2).
Nous considérons que ce dernier type (i.e. Type 2) est le plus avantageux dans
la plupart des
cas envisagés.
Afin de permettre d'actionner le mécanisme du pas de vis (figure 3a)
d'ensemble des deux parties
(figure 3b) doit impérativement ëtre circulaire et cylindrique (figure 3c). li
est cependant
avantageux de disposer le bec verseur de façon décentré (Figure 3c) pour
faciliter le versement
de la pré bouillie constituée une fois la phase aqueuse ajoutée et les micro-
organismes
resuspendus (figure 4 ; nb. les micro-organismes sont avantageusement du type
bactériens,
notamment des bactéries favorisant la croissance des plantes, ou BFCP): Comme
de raison, fa
phase aqueuse ne peut être ajoutée qu'une fois les deux parties réunies.
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La partie contenant la phase aqueuse est avantageusement conçue d'une matière
inerte et
plastifiée, non bactéricide et pouvant donc ètre réutilisée par l'utilisateur
ultime ; la partie du bas,
ou le sachet dans le cas du Type 1, contenant la formulation à l'état solide
est en principe jetable
après utilisation.
La partie contenant t'inocula microbien produit et formulé à l'état solide
peut servir de bio réacteur
pour la production de (inocula par voie de FFES (voir noire précédente demande
de brevet
canadien, déposée auprès de fOpic le 31 mai 2004). t_a membrane jaoreuse
permettant de
laisser filtrer les cellules microbiennes, avantageusement des SFCP, tout en
retenant les
substrats carbonés et énergétiques ainsi que l'essentiel des fines particules
de sol, peut être fixer
au sommet de cette partie du bas (figure 3b), combinant ainsi tes étapes de
production et de
formulation à l'état solide ; l'installation de la partis du haut devant
cont~ir la phase aqueuse au
dessus de cette partie du bas permet enfin de combiner l'étape de
conditionnement à cet
ensemble bipartite et trifoncüonnel.
Portée de l'invention
Les formulations non miscibles sont, avantageusement, celles décxites dans
notre précédente
demande de brevet (Claude 2004). Les contenants peuvent être de différentes
tailles,
avantageusement de un à cinq litres, voire 10 L, préférablement en plastiques
non bactéricides.
De cette façon, if est possible de produire, de formuler et de conditionner
indépendamment ces
quantités d'inocutum, une peu comme on le ferait pour certains types de
fromages produits en
caves ïndividuellement et en ce sens essentiellement pré conditionnés.
Les membranes poreuses doivent laisser passer les cellules bactériennes tant
en retenant
(essentiel des particules cellulosiques et de sol pouvant éventuellement nuire
au fonctionnement
du pulvérisateur, soit de tailles supérieures à 200 micromètres. L'eau servant
à ta re-suspension
doit être potable et non bactéricide. Les conditions de pulvérisation peuvent
par la suite être
canventionneHes. Une fois la re-suspension des cellules réalisée, il est
avantageux de la verser
et d'effectuer la pulvérisation liquide dans les plus brefs délais. II est
avantageux de laisser la
fermentation à fëtat solide se poursuivre jusqu'a (humidité relative de fa
composition soit
d'environ 10 à 15°~. Les sachets (figure 1 ) et la partie du bas
(figure 3b) peuvent
avantageusement âtre scellés sous vide afin de contribuer à optimiser 1e
délais de conservation
des préparations qu'ils contiennent. Enfin, il avantageux de concevoir les
lots de production
annuellement, des délais de conservations plus long étant souvent limitatifs.
Restrictions
Les cellules microbiennes, notamment les cellules BFCP, doivent être re-
suspendables ; une trop
forte adhésion aux résidus de culture ou aux fines particules de sol nuira à
ta re-suspension.
Cela dit, des titres cellulaires post-production ~r une telle FFES rapportés
dans notre
précédente demande de brevet (Claude 2x04) furent effectivement déterminés par
simple re-
suspension aqueuse des bactéries ainsi produites ; or, ces titre cellulaires
furent pour l'essentiel
satisfaisant, laissant traire que lesdites cellules sont en effet détachables.
Enfin, comme de raison un trop grand délai entre la ce;suspension et 1a
pulvérisation pourrait
aussi provoquer une forte mortalité des cellules microbiennes.
Dessins (voir Figures 1, 2, 3 et 4)
Méthode de conditionnement de formulations micraorganismes (11 juin 2004) -
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Liste des brevets pertinents
WO 20041022031 A3 ; PCTlCA2003I001365 - 08 septembre 2003 (08.09.2003) :
COMPOSITIONS DE
MtCROSPMERES DE PROBIOTIQtJES STABLES ET PROCÉDÉS DE PRÉPARATION DE
CES COMPOSITIONS
WO 01137656 A2 ; PCTIUS00132261 - 22 novembre 2000 (22.11.2000) : FORMULATION
DE MÉLANGES
DE CONSERVATION CONTENANT DES PRODUITS BIøLOGft~UES SENSIBLES DEVANT
ETRE STABILISES POUR UN STOCKAGE A TEMPÉRATURE AMBIANTE PAR SÉCHAGE
WO 97112029 A1 ; PCTIUS96115525 - 27 septembre 1996 (27.09.1996) : INCUBATEUR
AUTONOME
DESTINE A LA CULTURE DE MICRO-ORGANISMES
WO 01132835 A1 ; PCTIGB00I04205 - 02 novembre 2000 (02.11.2000) : PROCÉDÉ
PERMETTANT DE
LYOPHILISER DIFFÉRENTS MICRO-ORGANISMES
US 5,047,332 : INTEGRATED PROCESS FOR THÉ PRODUCTION OF FOO~D, FEED AND FUEL
FROM
BIOMASS
WO 02137966 A1 ; PCTIES01100429 - 08 novembre 2001 (08.11.2001) : PESTICIDE
BIOLOGIQUE A
BASE DE CHITOSANE ET DE NÉMATODES ENTOMOPATHOGENES
US 4,647,537 : IMMOBILIZATION OF M1CROORGAN1SMS ANTAGONISTIC TO PLANT
PATHOGENIC
MICROORGANISMS
AU6915401 ; W00195918 (A1) ; FI20001402 (A) - 2001-12-24 : A PROCESS FOR
PRODUCING LACTIC
ACID BACTERiA TABLET8
REVENDICATIONS
l...l
RÉFÉRENCES
Claude, P-P. 2001. Nouvelles biomasses bactériennes, leur protocole
d'obtention, et leur utilisation pour
bactérisation de sols et de résidus de cultures, Brevet français FR 2 833 016.
Claude, P-P. et L. Filtion. 2004. Effet de l'apport d'un inaculum bactérien
aux résidus de culture de mais-
grain au sol sur le rendement e# la qualité de blés d'hiver panifiables en
France. Agrosol 15 (1 )
23-29.
Claude, P-P. 2004. Compositions pour la bactérisation d'engrais organiques
(EO) granulés et d'engrais
organo-minéraux (EOM) destinés aux cultures agronomiques non-Leguminosea.
Demande de
brevet canadien déposée auprès de fOpic le 31 mai 2004, no. de dép8t : _ _ _ _
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