Mesures de biomasse par l'effet turbidité

Diffusion de la lumière par des bactéries et autres cellulles en culture (effet de trouble, turbidité)

La biomasse vivante de type bactéries, levures ou cellules eucaryotes en culture va générer un effet de trouble : la biomasse rend le milieu fortement diffusif de la lumière.

Le phénomène de diffusion de la lumière (light scattering) est caractérisé par le fait qu'une fraction la lumière reçue à une longueur d'onde donnée va être renvoyée à la même longueur d'onde dans toutes les directions.

Les théories physiques de la diffusion de la lumière sont amenées à distinguer les phénomènes de diffusion par les particules de dimension de l'ordre de quelques nanomètres (en pratique les molécules) et les phénomènes de diffusion de la lumière par des particules de dimension 1/10 à 10 fois la longueur d'onde d'éclairement. La diffusion par les molécules est dite diffusion de Raleigh. Elle est de faible intensité, très dépendante de la longueur d'onde d'éclairement. Elle explique par exemple la couleur bleue du ciel en journée sans nuage et la couleur rouge des couchers de soleil. La biomasse vivante qui nous intéresse est formée de particules dont les dimensions sont de l'ordre de grandeur des longueurs d'onde du visible et du proche infra-rouge. Les propriétés de diffusion de la lumière par la biomasse sont donc celles des particules de dimension 1/10 à 10 fois la longueur d'onde d'éclairement. Cette diffusion est de forte intensité et est peu influencée par la longueur d'onde d'éclairement. (hors sujet et pour la petite histoire, la diffusion par des particules de dimension 1/10 à 10 fois la longueur d'onde d'éclairement (suspension d'eau des nuages) explique la couleur blanche et grise des nuages.)

Que retenir de la diffusion de la lumière par de la biomasse en suspension ? :
- Ne dépend qu'assez peu de la longueur d'onde d'éclairement dans le domaine du visible et du proche infra-rouge
- Le patron de diffusion est déformé vers l'avant par rapport à la source d'éclairement.

Conséquence pour des mesures de biomasse utilisant l'effet diffusif :
- Le choix de la longueur d'onde importe peu a priori entre 400 et plus de 900 nm. Mais on a intérêt à choisir une longueur d'onde pour laquelle les phénomènes d'absorption de la lumière par le milieu de culture et les organismes sont minima. C'est pourquoi on travaille le plus souvent - pour des millieux classiques - au delà de 600 nm. Tous les capteurs modernes de biomasse cellulaire utilisant l'effet diffusif utilisent des éclairages du proche infra-rouge vers 850-950 nm.

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