Etude de l'hydrodynamique au sein d'un bioréacteur à cuve agitée utilisé pour la culture de cellules animales adhérentes sur microporteurs: Caractérisation expérimentale et théorique des écoulements via des outils eulériens et lagrangiens

Doctoral thesis (2012)

Cette thèse a été financée par le FNRS (Fonds National de Recherche Scientifique belge) via un mandat d’aspirant (1.1.2002.10.F, 78014). Elle a été réalisée au Laboratoire de Génie Chimique de ... [more ▼]

Cette thèse a été financée par le FNRS (Fonds National de Recherche Scientifique belge) via un mandat d’aspirant (1.1.2002.10.F, 78014). Elle a été réalisée au Laboratoire de Génie Chimique de l’Université de Liège sous la supervision des Professeurs Dominique Toye et Michel Crine. La thématique de recherche s’inscrit dans le cadre d’une collaboration scientifique entretenue depuis de nombreuses années entre le Laboratoire de Génie Chimique et la société pharmaceutique GlaxoSmithKline Biologicals. Elle concerne la culture de cellules animales adhérentes sur microporteurs en bioréacteur de type cuve agitée. Ce type de procédé est, en effet, largement utilisé dans l’industrie pharmaceutique pour produire des composés protéinés tels que des vaccins, des glycoprotéines et des anticorps monoclonaux. Le choix du design et des conditions d’agitation de ce type de bioréacteur est complexe car il doit répondre à deux objectifs antagonistes : maximiser le mélange du milieu de culture tout en minimisant les contraintes mécaniques qui peuvent agir sur les cellules animales, ces dernières étant réputées comme particulièrement sensibles à ces contraintes lorsqu’elles sont fixées à la surface de microporteurs. Pour aider à réaliser ce choix, nous avons développé dans cette thèse une méthodologie qui tente de décrire l’influence des conditions d’agitation sur l’environnement hydrodynamique local perçu par un élément de fluide en mouvement via une description combinée eulérienne et lagrangienne de l’écoulement turbulent au sein du bioréacteur. Le Chapitre I a pour but de présenter l’état de l’art relatif à la culture de cellules animales adhérentes dans des bioréacteurs à cuve agitée, ainsi que d’introduire l’essentiel des notions théoriques qui seront utilisées dans la suite de la thèse. Il est divisé en quatre parties. La première partie présente les spécificités de la culture de cellules animales de mammifères et les défis technologiques associés. La deuxième partie introduit, en se basant sur diverses études antérieures, le problème central de cette thèse. La troisième partie présente l’approche adoptée dans cette thèse pour répondre au problème posé. L’originalité de l’approche adoptée est également mise en évidence. Dans la quatrième partie, les hypothèses nécessaires à ce travail sont présentées et validées sur base de résultats issus d’autres études publiées dans la littérature. Le Chapitre II a pour but de sélectionner deux mobiles axiaux auxquels sera appliquée la méthodologie développée dans cette thèse. Pour ce faire, sept mobiles axiaux sont comparés sur base des contraintes mécaniques qu’ils génèrent, estimées à partir de la mesure de la puissance globale dissipée, lorsqu’ils tournent respectivement à leur vitesse minimale de maintien des microporteurs en suspension complète Njs. Cette comparaison permet de sélectionner les mobiles TTP 125 (d/T=0.4, Mixel) et EE 150 (d/T=0.5, Applikon). Le Chapitre III est consacré à l’étude eulérienne détaillée de l’écoulement turbulent généré par les deux mobiles sélectionnés au chapitre précédent. Sur base de mesures 3D P.I.V., les champs moyens de vitesse dans cinq plans axiaux sont établis et analysés. Ce même exercice est réalisé pour les grandeurs caractéristiques de la composante turbulente de l’écoulement que sont l’énergie cinétique turbulente et son taux de dissipation. Grâce à ces données, la répartition spatiale des contraintes mécaniques au sein de l’écoulement turbulent est établie ; ce qui permet d’identifier au sein de la cuve des zones labélisées comme potentiellement problématiques pour le développement des cellules cultivées sur les microporteurs. Dans le Chapitre IV, l’impact de gradients de concentration présents au sein de la cuve, suite à une injection de soude par exemple, est évalué. Dans ce but, le mélange au sein du bioréacteur a été étudié de manière globale par la mesure de temps de mélange et de manière locale par la mesure de l’évolution avec le temps de champs de concentration par la technique P.L.I.F. Ces mesures ont montré que le temps d’ « existence » des gradients de concentration est nettement inférieur aux temps caractéristiques relatifs à une modification du métabolisme cellulaire. Il en résulte que, dans la suite du travail, les champs de concentration seront supposés comme constants et uniformes au sein de la cuve agitée. Les hétérogénéités ponctuellement présentes après l’ajout de soude ne seront donc pas prises en compte dans la caractérisation Euler-Lagrange de l’écoulement. La première partie du Chapitre V présente le principe et les outils de modélisation nécessaires à la mise au point et au fonctionnement du dispositif de trajectographie optique conçu et développé dans le cadre de cette thèse. Cette installation, tout à fait originale et unique, permet de suivre la trajectoire d’une particule au sein de la cuve agitée pendant des temps très longs et permet donc d’accéder à l’étude lagrangienne de l’écoulement. La seconde partie du chapitre est consacrée à la caractérisation des trajectoires mesurées. L’isoprobabilité de présence de la particule dans tout volume élémentaire de la cuve agitée a pu être confirmée. La validité et la convergence des résultats obtenus par trajectographie ont pu être vérifiées par comparaison des champs de vitesse calculés à partir des trajectoires avec ceux mesurés par 3D P.I.V. Au Chapitre VI, les données eulériennes sont combinées aux données lagrangiennes afin de caractériser le lien entre la succession d’environnements hydrodynamiques perçus par des cellules fixées sur des microporteurs et les conditions d’agitation du bioréacteur. Cette caractérisation repose principalement sur l’analyse de la distribution de temps de séjour de la particule dans la zone labélisée comme problématique pour le développement cellulaire DTSzone , de la distribution de temps de séjour de la particule dans la zone non problématique DTShors zone ainsi que sur l’analyse des distributions de temps mis par la particule pour réaliser un cycle « visite de zone problématique-visite de zone non problématique » DTcycle. La taille des zones problématiques et non problématiques dépend de la valeur choisie pour le critère λK/dp, du type de mobile, ainsi que de sa vitesse de rotation. L’impact de ces trois grandeurs sur les distributions de temps a donc été analysé. Cette thèse se clôture bien naturellement par un chapitre de conclusion résumant les informations acquises et proposant diverses perspectives [less ▲]

Etude de l'hyperactivité bronchique induite par l'administration pulmonaire de cyclodextrines chez la souris

Conference (2003, January)

Etude de l’impact d’une tâche interférente sur les performances en compréhension morphosyntaxique d’enfants dysphasiques.

in Cahiers de l'ASELF (2011)

La dysphasie, définie comme un trouble spécifique du développement du langage, demeure encore très mal comprise aujourd'hui et continue d‟être au coeur de la réflexion de nombreuses études. Plusieurs ... [more ▼]

La dysphasie, définie comme un trouble spécifique du développement du langage, demeure encore très mal comprise aujourd'hui et continue d‟être au coeur de la réflexion de nombreuses études. Plusieurs hypothèses ont tenté d‟expliquer les difficultés des enfants atteints de ce trouble. Celle de la limitation des capacités de traitement, qui suggère un déficit de la vitesse de traitement ou de la mémoire de travail comme origine des troubles langagiers, en est un exemple intéressant. Et si les troubles morphosyntaxiques de ces enfants pouvaient être expliqués en termes de limitation des capacités de traitement ? Certains auteurs vont dans ce sens et c‟est ce que nous avons voulu évaluer dans notre étude. Pour cela, une tâche de compréhension morphosyntaxique a été créée. Dans ces phrases, trois facteurs influençant les ressources de traitement utilisées ont été manipulés : la fréquence lexicale des mots utilisés, la longueur des phrases et la réalisation d'une tâche interférente. Notre hypothèse suppose une dégradation plus importante des performances des enfants dysphasiques par rapport à celles des enfants contrôles suite à l'augmentation des demandes en ressources de traitement. Or, si les résultats obtenus nous permettent d'attester de la standardisation de notre tâche ; nous ne pouvons corroborer l'hypothèse de la limitation des capacités de traitement. En effet, des différences entre les groupes sont observées mais la chute de la performance des enfants dysphasiques escomptée n'est pas mise en évidence. Et quand nous nous attachons à comprendre les différences entre les trois groupes d'enfants, c'est une explication en termes de niveau langagier qui serait privilégiée. [less ▲]

Etude de l’impact de l’activité de la pêche artisanale et de l’effet de gestion sur les populations d’Epinephelus marginatus (Lowe 1834) dans le périmètre de la Réserve Naturelle des Bouches de Bonifacio

Master of advanced studies dissertation (2007)

L’objectif de cette étude est de mettre en évidence l’impact du filet trémail et de la palangre concernant la pêche professionnelle sur le mérou brun Epinephelus marginatus (Lowe, 1834) dans la Réserve ... [more ▼]

L’objectif de cette étude est de mettre en évidence l’impact du filet trémail et de la palangre concernant la pêche professionnelle sur le mérou brun Epinephelus marginatus (Lowe, 1834) dans la Réserve Naturelle des Bouches de Bonifacio. C’est à l’aide de la base de données, représentée par des fiches de pêche de 1992 à 2006, que ce travail a pu être réalisé. Les données acquises ont été analysées au moyen du logiciel «Statistica». Afin d’évaluer les différences significatives entre les moyennes des Captures Par Unité d’Effort en fonction de diverses variables. Considérant qu’une palangre est constituée de 104 hameçons (moyenne de l’échantillonnage), on estime la rentabilité moyenne journalière de cet engin à 1560 grammes de mérous. Or la rentabilité moyenne quotidienne d’un filet trémail est de 820 grammes de mérous, pour une longueur moyenne de 1640 mètres dans la RNBB. Malgré l’augmentation progressive de la population d’E. marginatus (taux capture en augmentation de 55% en 2004-2006), l’impact de la pêche à la palangre pourrait se révéler non négligeable, si elle n’était pas réglementée. Les CPUE, en termes de biomasse, sont plus importantes d’années en années, ce qui semble témoigner de la bonne santé de la pêche dans l’extrême sud de la Corse grâce à une gestion durable des stocks. [less ▲]

Etude de l’impact de l’utilisation de la bande riveraine sur la qualité des berges. Aspects pédologiques. Gembloux: Cellule de recherche RIVES

Report (2004)

Etude de l'impact de la gestion culturale sur la respiration d'un sol agricole

Conference (2011, February 23)

Etude de l’impact de la réduction de la température du rejet de la papeterie Burgo Ardennes sur la qualité de l’eau de la rivière réceptrice

Report (2009)

Le présent rapport reprend l’étude de l’impact thermique sur le milieu aquatique de l’entreprise Burgo Ardennes, spécialisée dans la fabrication de pâte à papier et de papier couché. Durant son ... [more ▼]

Le présent rapport reprend l’étude de l’impact thermique sur le milieu aquatique de l’entreprise Burgo Ardennes, spécialisée dans la fabrication de pâte à papier et de papier couché. Durant son fonctionnement, l’entreprise prélève de l’eau du Ton (affluent de la Chiers) afin d’assurer les processus de fabrication de pâte à papier et de papier couché. Le prélèvement d’eau est réalisé au niveau de la confluence du Ton et de la Chavratte (environ 2 km en amont de l’entreprise). Dans le cadre du renouvellement de l’autorisation de rejet de l’entreprise, des normes de rejets plus strictes sont imposées par la Région wallonne et celle-ci a demandé à l’entreprise de réduire la température maximale autorisée du rejet. Les travaux de modélisation des impacts de rejets thermiques réalisés par l’Unité R&D de l’Aquapôle peuvent évaluer l’impact hydrologique, thermique, physico-chimique et l’impact sur l’écosystème. Les impacts de l’entreprise sur le Ton peuvent être décrits de la manière suivante : - un impact sur le régime thermique de la rivière, compte tenu du rejet d’eau échauffée ; - un impact sur les concentrations de certaines variables physico-chimiques de la qualité de l’eau (oxygène dissous notamment) ; - un impact sur les débits du Ton, toutefois relativement faible puisque la fraction du débit prélevé évaporée vers l’atmosphère est compensée par l’apport en eau du bois. Ces différents impacts sont limités : - par les conditions de l’autorisation de prélèvement et de rejet imposées à l’entreprise par la Région wallonne dans le cadre du permis d’exploiter ; - par les dispositifs techniques mis en place par l’entreprise en vue de respecter l’autorisation et de réduire son impact sur l’environnement. Le premier objectif de l’étude est d’abord d’évaluer, à partir d’une situation de référence actuelle, les impacts prévisibles du rejet thermique de l’entreprise sur la qualité du Ton. Les développements et résultats de cette évaluation sont repris dans le chapitre 4 (« Evaluation des effets de l’entreprise Burgo Ardennes sur le milieu aquatique »). Le second objectif de l’étude est ensuite d’évaluer l’élévation de température engendrée par les rejets thermiques réels (journaliers 2005) sur base de la température naturelle de la rivière. En effet, la température mesurée en aval du point de rejet thermique, à la limite de la zone de mélange, ne doit pas dépasser la température naturelle de plus de 3°C selon les exigences de la Région wallonne. Les développements et résultats de ces évaluations sont détaillés dans le chapitre 5 ci-après (« Evaluation du rejet thermique optimal de l’entreprise Burgo Ardennes »). [less ▲]

Etude de l'impact des engrais de ferme sur des prairies pâturées par des vaches allaitantes ou laitières (effets pour le bilan azoté, les résidus en nitrate dans le sol et sur les productions animales).

Report (2002)

Étude de l’impact du trac sur la voix de 26 étudiants en situation d’examen de solfège.

Conference (2010, October 18)

Les manifestations du trac sont physiques, cognitives et comportementales. Elles varient selon le genre, la tâche et le public. Notre étude tente de les mettre en évidence chez 26 étudiants produisant un ... [more ▼]

Les manifestations du trac sont physiques, cognitives et comportementales. Elles varient selon le genre, la tâche et le public. Notre étude tente de les mettre en évidence chez 26 étudiants produisant un morceau « a capella » pendant leur examen de solfège. 4 mois avant l’examen (T1), le jour avant (T2) et le jour de l’examen (T3), chaque étudiant a évalué son degré de nervosité, complété les échelles de Cungi et expliqué sa stratégie de coping. Des mesures objectives ont été relevées. Au T3, 3 experts dont une logopède les ont notés. Tous les sujets obtiennent des résultats significativement plus élevés au T3 pour leurs degrés de nervosité et l’intensité. Les notes des juges sont corrélées à celle de la logopède (rho: 0,71/0,79). Au T3, plus les femmes évaluent hautement leur nervosité, plus le juge 2 l’évalue hautement également (rho: 0,84). Plus les scores aux échelles de Cungi sont élevés plus le degré de perfectionnisme l’est aussi (rho: 0,87; 0,81; 0,57). Plus le temps d’exécution du morceau est long, plus les notes attribuées par les juges sont faibles (rho: -0,69). Au T3, plus les hommes ont un degré de nervosité élevé plus les juges perçoivent du trac, plus les scores à l’échelle de Cungi et leur degré de perfectionnisme sont élevés (rho:0,69/ 0,65/ 0,72/ 0,68). Plus le Jitter augmente, plus la perception du trac par le juge 2 est élevé (rho: 0,68). Plus le HNR augmente, plus le degré de trac attribué par les juges est important (rho: 0,71) et plus la note de la logopède est faible (rho : -0,71). Plus le Jitter est élevé, plus les notes des 3 juges sont faibles (rho:-0,78/-0,79). 73 % des étudiants utilisent un coping cognitivo comportemental et 16 % une stratégie médicamenteuse. Le trac se manifeste mais différemment en fonction du genre. [less ▲]

Etude de l'impact hydraulique de la construction d'un centre commercial enjambant la Vesdre à Verviers : complément d'étude

Report (2007)