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Informations
Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 149 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 11 Mo |
Extrait
AVERTISSEMENT
Ce document est le fruit d’un long travail approuvé par le jury de
soutenance et mis à disposition de l’ensemble de la communauté
universitaire élargie.
Il est soumis à la propriété intellectuelle de l’auteur au même titre que sa
version papier. Ceci implique une obligation de citation et de
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LIENS
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http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE (INPL)
Ecole Nationale Supérieure d’Agronomie et des Industries Alimentaires (ENSAIA)
Laboratoire des Sciences du Génie Chimique (LSGC)
Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie Ressources Procédés Produits Environnement (RP2E)
THESE
Présentée pour obtenir le grade de
Docteur de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
Spécialité : Procédés Biotechnologiques et Alimentaires
Par
Naziha BARBOUCHE
Sujet
Réponse biologique de cellules animales à des
contraintes hydrodynamiques :
simulation numérique, expérimentation et
modélisation en bioréacteurs de laboratoire
Soutenue publiquement le 13 Novembre 2008
Membres du jury
Rapporteurs : Alain LINE (Professeur à l’INSA, Toulouse)
Cécile LEGALLAIS (Directeur de Recherche CNRS à l’UTC, Compiègne)
Examinateurs : Karine LOUBIERE (Chargé de Recherche CNRS au GEPEA, Saint Nazaire)
Annie MARC (Directeur de Recherche CNRS au LSGC, Nancy)
Eric OLMOS (Maître de conférences à l’ENSAIA-INPL, Nancy)
Emmanuel GUEDON (Chargé de Recherche CNRS au LSGC, Nancy)
- 1 - Remerciements
Les travaux de cette thèse ont été réalisés au Laboratoire des Sciences du Génie Chimique de
Nancy, au sein du groupe « Génie des Procédés Biotechnologiques et Alimentaires ». Je
remercie Michel Sardin directeur du LSGC et tous les membres du laboratoire de m’y avoir
accueillie.
J’exprime ma profonde reconnaissance à mes directeurs de thèse Annie Marc, Eric Olmos et
Emmanuel Guédon pour leur encadrement et leur rigueur scientifique, ainsi que leur soutien
durant ces années de thèse.
Je voudrais sincèrement remercier Cécile Legallais, Karine Loubière et Alain Liné pour avoir
accepté de juger ce travail.
J’aimerais adresser toute ma gratitude envers Eric Olmos pour avoir contribué à ce sujet avec
ses travaux de simulations numérique, et pour sa grande implication dans ce projet.
Mes vifs remerciements sont adressés à Fabrice Blanchard et aux membres de l’atelier et du
service SEMI (Hakim Benhara, Mathieu Weber, Christian Blanchard, Pascal Beaurain et
Richard Lainé) pour toute l’aide et la patience dont ils ont fait preuve avec les montages
expérimentaux.
J’aimerais remercier tous les membres du GPBA pour leur bonne humeur ainsi que pour la
chaleureuse ambiance au labo (malgré le froid lorrain), en particulier, Isabelle Chevalot,
Frantz Fournier, Evelyne Ronat et Jean-Louis Goergen.
Un grand merci à mes fidèles compagnons de joie et de galères : Emma, Marie-Françoise,
Eric H. et Eric O., ainsi qu’à mes valeureux stagiaires Jean-Mathieu et Cécile.
Je voudrais également remercier les membres du LISBP, et plus spécialement, Carole Jouve et
Sandrine Alfénore, pour leur accueil et leur encouragement durant la période de rédaction.
Enfin, mes pensées vont à ma famille : Monia, Férid, Linda, Midou, Rached et Christiane,
ainsi qu’à Haythem, pour leur réconfort et leur inébranlable soutien durant les moments
difficiles de cette thèse.
- 4 - SOMMAIRE GENERAL
Introduction Générale............................................................................................................ 13
Chapitre I : Synthèse Bibliographique................................................................................. 21
A. Procédés de culture de cellules animales ......................................................................... 25
B. Effets biologiques des contraintes hydrodynamiques ...................................................... 41
C. Les effets des contraintes hydrodynamiques dans des systèmes à petite échelle............. 59
D. Les effets des contraintes hydrodynamiques en bioréacteurs .......................................... 66
Conclusion.............................................................................................................................. 101
Chapitre II : Matériel et Méthodes..................................................................................... 103
A. Culture des cellules ........................................................................................................ 107
B. Outils analytiques........................................................................................................... 113
C. Méthodes numériques et caractérisation hydrodynamique ............................................ 126
Chapitre III : Etude expérimentale et numérique de l’hydrodynamique de cytoculteurs
agités ...................................................................................................................................... 143
Introduction ............................................................................................................................ 147
A. Analyse expérimentale de l’hydrodynamique du réacteur............................................. 160
B. Simulation numérique par CFD ..................................................................................... 163
C. Calcul de l’énergie dissipée............................................................................................ 168
D. Distribution et historique des contraintes subies par les cellules dans les réacteurs...... 169
Conclusion.............................................................................................................................. 181
- 5 -
Chapitre IV : Etude de la réponse cellulaire à une intensification de l’agitation et
modélisation hydro-cinétique .............................................................................................. 185
Introduction ............................................................................................................................ 189
A. Nouvelle approche de l'étude des contraintes hydrodynamiques sur les cellules animales
basée sur les outils de CFD et les cinétiques de culture expérimentales................................ 191
B. Cinétiques de cultures en absence de tensio-actif .......................................................... 232
Conclusion.............................................................................................................................. 245
Chapitre V : Quantification expérimentale et numérique du transfert d’oxygène
surfacique et volumique....................................................................................................... 249
Introduction ............................................................................................................................ 253
A. Mesures expérimentale du transfert d’oxygène.............................................................. 266
B. Simulations numériques des interfaces gaz-liquides...................................................... 274
Conclusion.............................................................................................................................. 283
Chapitre VI : Conception, dimensionnement et caractérisation d’un réacteur perfusé de
type Couette / Taylor-Couette............................................................................................. 287
Introduction ............................................................................................................................ 291
A. Conception et dimensionnement du réacteur ................................................................. 292
B. Caractérisation de l’hydrodynamique du RCTC............................................................ 302
Conclusion.............................................................................................................................. 311
Conclusion Générale et Perspectives ....