Introduction aux bio ...

3.1. Biotransformation et conservation

3.1.1. Biotransformation :

Définitions :

·         La biotransformation : désigne l’ensemble des mécanismes métaboliques par lesquels un polluant est chimiquement modifié et généralement dégradé par un organisme.     Il ne faut cependant pas confondre biotransformation et biodégradation.En effet ,cette dernier constitue un des processus de la biotransformation laquelle comporte une série d’étapes biochimiques pouvant à l’opposé, dans certains cas , conduire dans les êtres vivants contaminés a la formation de métabolites plus toxiques pour les organismes considérés que le polluant initial.

·         Mécanisme de détoxication par lequel un polluant est chimiquement modifié et généralement dégradé par un organisme.

·         En phytoremédiation la biotransformation consiste à diminuer la toxicité de certains polluants par la réduction de l’élément et ou par son incorporation à des composants organiques.

3.1.2. Conservation :

        Introduction :

               Depuis plusieurs décennies des politiques de conservation des ressources génétiques (CGR) ont été mises en place tant au niveau national qu’au niveau international. Partant de cet objectif toutes les stratégies de gestion des ressources génétiques ont pour soucis de mettre en place des techniques de conservation, qui soient économiquement supportables et techniquement applicables par les institutions chargées de la conservation (Koo et Smale, 2003).

             Afin de garantir la diversité du monde végétal plusieurs stratégies de conservations ont été proposées en fonction de la nature des ressources génétiques à préserver.  Elles sont de deux types : la conservation in situ (dans le milieu naturel) et la conservation ex situ (en dehors du milieu d’origines) (Frankel et al., 1995, Jarvis et Hodgkin, 2000).

Ø  Conservation in situ :

Elle concerne surtout les ressources génétiques sauvages dont la seule possibilité de conservation est la protection de leurs écosystèmes par la sanctuarisation d’espaces et de territoires (Maxted et aLl., 1997). On parle alors de conservation dynamique puisque ces ressources génétiques sont soumises au processus naturel d’évolution qui peut au fil du temps faire disparaitre ou apparaitre des espèces.

Ø  Conservation ex situ :

Il s’agit d’extraire les ressources génétiques de leur habitat naturel, afin de les soustraire à la sélection naturelle et aux risques de disparition. On parle alors de conservation statique.

o   Les collections de plantes entières

o   La conservation in vitro

o   Les banques de graines

o   La conservation de pollen et les banques d’ADN

o   Les cores collections

Ø  La cryoconservation :

                    La cryoconservation consiste à maintenir à ultra basse température (-196°C) des tissus et des cellules que l’on souhaite conserver pendant de nombreuses années, en altérant le moins possible leur potentiel vital et leur capacité à régénérer de manière conforme   (pour les végétaux).

                   Depuis les premiers essais de conservation de cellules vivantes vers le début des années cinquante pour des cellules d’origine animale ( globules rouges ,Lovelock,1953), et la fin des années soixante pour des cellules végétales ( cellule de lin, Quatrano,1986)d’importante recherches ont permis de développer de nombreuses procédures de conservation dans l’azote liquide. 

Chaque année, les recherches menées à travers le monde aboutissent à de nouvelles cryobanques de matériel végétal concernant tout d’explants (apex, cals, embryons somatiques, graines, plantules, suspensions cellulaires…), aussi bien pour des plantes tropicales que pour des plantes de milieu tempérés (Sakai et Engelmann, 2007).

             La réussite de la cryoconservation est fonction de la capacité à s’affranchir des contraintes biologiques et physiques inhérentes à une exposition à un froid extrême. Pour cela, il est impératif de connaitre la nature du matériel végétal à cryoconserver ainsi que les effets du gel sur les cellules  et les tissus.

3.2 Production de matrices alimentaire en bioréacteurs

·         Définition :  

              Un aliment  est une association de matières premières et de constituants, transformés à des degrés divers par différents traitements (mélange, cuisson, mise en forme, etc.) dont l’objectif est de lui conférer les fonctions d’usage recherchées. Celles-ci sont de plus en plus nombreuses et concernent des notions de sécurité et santé, de propriétés organoleptiques (aspect, texture, saveur et arome), mais aussi de service ou encore d’équité, voire de sobriété, par respect de l’environnement. Ces traitements interviennent à l’échelle industrielle, mais aussi à l’échelle domestique lors de la préparation des repas par le consommateur, et modifient l’aliment dans sa composition (la cuisson va par exemple générer de nouveaux constituants) et sa structure  (la gélification de certains constituants va solidifier l’aliment).  

·         La caractérisation :

              Des aliments requièrent une description fine de leur composition, insuffisante seule pour comprendre les liens entre composition et propretés nutritionnelles ou organoleptiques des aliments. Ainsi est apparue la notion de matrice alimentaire, qui intègre à la fois la composition et les interactions entre les constituants (Donald, 2004 ; Aguilera, 2006). La connaissance des interactions de ces constituants permet une description de la matrice qui se décline suivant ses différents niveaux d’organisation, depuis l’échelle moléculaire jusqu'à l’échelle macroscopique.

              Les matrices alimentaires résultent des interactions  et des assemblages de leurs constituants. Il a été démontré que leurs propriétés physiques et chimiques influencent les propriétés nutritionnelles et la santé des consommateurs.

 

·         Propriétés physiques et caractéristiques structurales de matrices alimentaires 

Ø  Masse volumiques et densité

              Le consommateur achète ses aliments au poids (ou par unité de masse)  mais les ingère plutôt par unité de volume (l’assiette est plus ou moins pleine). Le rapport entre ces deux quantités est la masse volumique.       

Constituant	Densité
Glucides	1.55
Protéines	1.35
Matières  grasses	0.93
Minéraux (cendres)	2.4

 

 Valeurs élémentaires de densité des constituants majeurs des aliments (d’ après  Choi et Okos, 1986).

Ø  Teneur en eau, diffusivité, migration

                Principal constituant de nombreux aliments, où elle est présente en quantités très variables, la teneur en eau est la variable la plus importante pour la qualité des aliments, tant sensorielle que nutritionnelle. La teneur peut être déterminée par des méthodes de séparation physiques (dessiccation, distillation, séchage etc.).

Ø  Rhéologie et propriétés mécaniques

                   Le comportement rhéologique d’un produit est défini par les relations  entre les forces qui lui sont appliquées et les déformations ou vitesses de déformation qui en résultent. Les aliments peuvent être liquides, et caractérisés par leur viscosité  ou solides, et caractérisés par leur module d’élasticité. L’aliment possède les deux caractéristiques, on dit que son comportement est viscoélastique.

3.3. Sécurité, traçabilité et qualité des aliments

3.3.1.      La sécurité sanitaire des aliments : tient compte de tous les risques, chroniques ou aigus, susceptibles de rendre les aliments préjudiciables à la santé du consommateur.

3.3.2.      La qualité : désigne toutes les autres caractéristiques qui déterminent la valeur d’un produit pour le consommateur. Par celles-ci figurent des caractéristiques tant négatives telles que l’état de détérioration, la souillure, la décoloration, les odeurs que des caractéristiques positives  telles que l’origine, la couleur, la saveur, la texture, ainsi que la méthode de traitement de l’aliment considéré.

Les préoccupations concernent les risques d’origine alimentaire portent généralement sur les points suivants :

·         Les risques microbiologiques

·         Les résidus de pesticides

·         Le mauvais usage des additifs alimentaires

·         Les polluants chimiques notamment les toxines biologiques

·         Falsification des produits.

·         Organismes génétiquement modifiés, aux allergènes, aux résidus de médicaments vétérinaires et aux hormones de croissance utilisés dans la production animale.

     3.3.4. Traçabilité

            Introduction :

                La traçabilité est une exigence réglementaire à appréhender efficacement pour optimiser le fonctionnement et la performance de votre entreprise. Votre système de traçabilité doit être un outil indispensable pour identifier les failles de vos processus, obtenir rapidement les causes d’un dysfonctionnement process, optimiser votre organisation grâce à des indicateurs de performance fiables (référencement fournisseurs, respect des cahiers de charges, logistique interne, relations clients, lutte contre la contrefaçon).

             Définitions :

Traçabilité : Capacité de retrouver le cheminement d’un produit et de ses constituants tout au long des étapes de production, de transformation et de distribution.

Traçabilité amont : capacité à identifier les fournisseurs et les matières premières.

·         Conservation des bons de livraisons annotés des autocontrôles à réception et reprenant l’identification des différents produits (n° lot /DLC/DLUO/…..)

DLC : date limite de consommation,   DLUO : date limite d’utilisation optimale.

·         Conservation des factures.

Traçabilité aval : capacité à identifier les clients professionnels  et les produits livrés.

·         Création et conservation de bons de livraison annotés reprenant l’identification des produits.

·         Conservation des factures.

Traçabilité interne : faire le lien entre les matières premières réceptionnées et les             produits finis.

·         Conservation des étiquettes des matières premières utilisées en faisant référence aux dates d’utilisation.

·         Suivi des plannings  de  fabrication.

 

 

Les 4 conditions indispensables à la réussite du projet :

La Traçabilité implique :

ü  L’identification des produits de l’achat des matières premières jusqu’aux  livraisons clients.

ü  La gestion de l’acquisition, du stockage, de l’exploitation et de l’archivage des données.

ü  La gestion des liens entre les lots et avec le système de management de la qualité existant dans l’entreprise.

ü     La communication entre les acteurs (fournisseurs, en interne et clients), votre système de traçabilité doit être identifié selon 3 grandes familles : amont/interne/aval.

 

 

·         Propriétés physiques et caractéristiques structurales de matrices alimentaires 

Ø  Masse volumiques et densité

              Le consommateur achète ses aliments au poids (ou par unité de masse)  mais les ingère plutôt par unité de volume (l’assiette est plus ou moins pleine). Le rapport entre ces deux quantités est la masse volumique.       

Constituant	Densité
Glucides	1.55
Protéines	1.35
Matières  grasses	0.93
Minéraux (cendres)	2.4

 

 Valeurs élémentaires de densité des constituants majeurs des aliments (d’ après  Choi et Okos, 1986).

Ø  Teneur en eau, diffusivité, migration

                Principal constituant de nombreux aliments, où elle est présente en quantités très variables, la teneur en eau est la variable la plus importante pour la qualité des aliments, tant sensorielle que nutritionnelle. La teneur peut être déterminée par des méthodes de séparation physiques (dessiccation, distillation, séchage etc.).

Ø  Rhéologie et propriétés mécaniques

                   Le comportement rhéologique d’un produit est défini par les relations  entre les forces qui lui sont appliquées et les déformations ou vitesses de déformation qui en résultent. Les aliments peuvent être liquides, et caractérisés par leur viscosité  ou solides, et caractérisés par leur module d’élasticité. L’aliment possède les deux caractéristiques, on dit que son comportement est viscoélastique.

3.3. Sécurité, traçabilité et qualité des aliments

3.3.1.      La sécurité sanitaire des aliments : tient compte de tous les risques, chroniques ou aigus, susceptibles de rendre les aliments préjudiciables à la santé du consommateur.

3.3.2.      La qualité : désigne toutes les autres caractéristiques qui déterminent la valeur d’un produit pour le consommateur. Par celles-ci figurent des caractéristiques tant négatives telles que l’état de détérioration, la souillure, la décoloration, les odeurs que des caractéristiques positives  telles que l’origine, la couleur, la saveur, la texture, ainsi que la méthode de traitement de l’aliment considéré.

Les préoccupations concernent les risques d’origine alimentaire portent généralement sur les points suivants :

·         Les risques microbiologiques

·         Les résidus de pesticides

·         Le mauvais usage des additifs alimentaires

·         Les polluants chimiques notamment les toxines biologiques

·         Falsification des produits.

·         Organismes génétiquement modifiés, aux allergènes, aux résidus de médicaments vétérinaires et aux hormones de croissance utilisés dans la production animale.

     3.3.4. Traçabilité

            Introduction :

                La traçabilité est une exigence réglementaire à appréhender efficacement pour optimiser le fonctionnement et la performance de votre entreprise. Votre système de traçabilité doit être un outil indispensable pour identifier les failles de vos processus, obtenir rapidement les causes d’un dysfonctionnement process, optimiser votre organisation grâce à des indicateurs de performance fiables (référencement fournisseurs, respect des cahiers de charges, logistique interne, relations clients, lutte contre la contrefaçon).

             Définitions :

Traçabilité : Capacité de retrouver le cheminement d’un produit et de ses constituants tout au long des étapes de production, de transformation et de distribution.

Traçabilité amont : capacité à identifier les fournisseurs et les matières premières.

·         Conservation des bons de livraisons annotés des autocontrôles à réception et reprenant l’identification des différents produits (n° lot /DLC/DLUO/…..)

DLC : date limite de consommation,   DLUO : date limite d’utilisation optimale.

·         Conservation des factures.

Traçabilité aval : capacité à identifier les clients professionnels  et les produits livrés.

·         Création et conservation de bons de livraison annotés reprenant l’identification des produits.

·         Conservation des factures.

Traçabilité interne : faire le lien entre les matières premières réceptionnées et les             produits finis.

·         Conservation des étiquettes des matières premières utilisées en faisant référence aux dates d’utilisation.

·         Suivi des plannings  de  fabrication.

 Les 4 conditions indispensables à la réussite du projet :

La Traçabilité implique :

• L’identification des produits de l’achat des matières premières jusqu’aux  livraisons clients.
•  La gestion de l’acquisition, du stockage, de l’exploitation et de l’archivage des données.
• La gestion des liens entre les lots et avec le système de management de la qualité existant dans l’entreprise.
• La communication entre les acteurs (fournisseurs, en interne et clients), votre système de traçabilité doit être identifié selon 3 grandes familles : amont/interne/aval.

 

 Chapitre IV: Biotechnologie et l'industrie à des fins non alimentaire

 

4.1.  Bioénergie

Introduction :

Avant même l’arrivée du pétrole, le premier biocarburant était l’avoine !

Cinq millions d’hectares étaient utilisés pour produire l’avoine qui servait de nourriture aux chevaux afin de véhiculer des populations, les marchandises…

C’était une forme de biocarburant mais le réacteur qui traduisait l’avoine en énergie était le cheval qui savait très bien la bio transformer.

Les sciences ont progressé et l’homme est aujourd’hui capable, tels les chevaux, d’effectuer des chimio- ou biotransformations à partir de ce que nous appelons la biomasse.

Définition :

 Les bioénergies : sont l’ensemble des énergies dérivées de la conversion de l’énergie solaire en biomasse par des processus biologiques, autrement dit par la photo synthèse. Dans des conditions d’exploitation durable, ces énergies sont considérées comme renouvelables et neutres en carbone.

 La bioénergie : est une énergie issue des biocombustibles.

Les différents types de bioénergies :

Dans le détail, on distingue :

·Les dendroénergies : issues de la production de matière organique par les arbres et extraites au travers de l’exploitation forestière. Il s’agit essentiellement de combustibles ligneux solides, mais il existe des processus pour produire des combustibles liquides ou gazeux.

·Les agro énergies : issues de la production agricole au travers de la conversion des cultures, des sous produits te des déchets agricoles en combustibles solides  (paille,)

Liquides (biocarburants) ou gazeux (biogaz).

·         Les énergies de la biomasse algale, collectée localement ou au sein d’algoculture en bassins ou en réacteurs .cette biomasse est ensuite convertie en biocarburants ou en biogaz ;

·         Les énergies issues des déchets organiques domestiques et industriels. Ces dernières sont exploitées soit par combustion avec cogénération d’énergie thermique et électrique, soit par méthanisation et transformation en biogaz ;

L’énergie musculaire des animaux de bat, de trait ou de monte, ainsi que celle de l’homme : marche à pied, aviron, cyclisme. Avec la dendroénergie, l’énergie          musculaire est la plus ancienne énergie exploitée par l’homme cette énergie est encore très importante dans de nombreux pays en voie de développement, en particulier en milieu rural.

·         Enfin il est noté que dans certains milieux, le terme de bioénergie recouvre l’ensemble des énergies renouvelables, considérées comme des énergies dynamiques (flux) par opposition aux énergies fossiles (stock)

Différents types de biocarburants

On trouve les biocarburants liquides comme gazeux :

      Liquides :

      Ethanol/ ETBE (éthyle t – butyle éther)

      Huile végétale pure

      Biodiesel : esters des acides gras

      Huile végétale hydrogénée

      Autres produits (bio –butanol)

      Gazeux :

      biogaz

      DME (diméthyle éther)

      Hydrogène

 

Les biocarburants sont classés en deux voire trois générations.

Génération1 : elle est issue des plantes qui ont un contenu énergétique et sont facilement accessibles, puisque c’est en partie celles que nous utilisons pour nous nourrir.

Génération 2 : cette génération est intéressante dans la mesure où elle se développe à partir des déchets, ceux du type lignocellulosique

. Génération 3 : les procédés s’appuient de plus en plus sur l’utilisation de microorganismes tels que les microalgues. Ce type de procédés doit se développerait s’industrialiser dans un futur proche.

Les cyanobactéries et les microalgues sont toutes deux des microorganismes photosynthétiques bien que différents dans leur constitution, les uns étant dans l’ordre des procaryotes, les autres des eucaryotes.

 

4.1.  Biomatériaux et agro-polymères

4.1.1.   Historique

   Les biomatériaux représentent une des grandes avancées thérapeutiques de ces quarante dernières années. Définis comme des matériaux travaillant sous contrainte biologique, voués au remplacement d'une fonction ou d'un organe, ils sont présents dans de très nombreuses stratégies thérapeutiques.

            Selon la définition de Chester (1981), il s'agit de tout matériau non vivant utilisé dans un dispositif médical et visant à remplacer ou traiter un tissu, organe ou une fonction avec une durée de contact supérieure à trois semaines.

            On estime à environ 3,2 millions les personnes qui en France sont porteuses d'un biomatériau. Ces derniers posent des problèmes scientifiques, mais posent aussi des problèmes économiques, éthiques, réglementaires et industriels qui ne sauraient être passés sous silence sans avoir une approche par trop réductrice.

             Il y a souvent confusion entre biomatériau et bio matériel. Il est en fait habituel de confondre ces deux notions même si au sens strict il ne faudrait parler que de biomatériau, c'est à dire une partie constituante du bio matériel. Élément primordial de certaines stratégies thérapeutiques, les biomatériaux partagent avec le médicament les exigences de sécurité, fiabilité, reproductibilité. D'utilisation plus récente, ils n'ont cependant pas atteint les mêmes niveaux d'exigence et pourtant la responsabilité est immense puisque si un traitement médicamenteux peut être interrompu à tout moment, un biomatériau une fois implanté ne pourra être retiré que lors d'une nouvelle intervention chirurgicale.

              A travers les siècles, les matériaux utilisés en médecine ont eu un impact énorme sur le traitement des blessures et des maladies.

              Dès la fin du 19ème siècle, l’utilisation des biomatériaux se généralisa grâce à la mise au point de procédures chirurgicales aseptiques (J. Lister, 1860).

·      Les premiers biomatériaux métalliques utilisés comme attelles pour les os, datent de la fin du 18ème siècle.

·      La première prothèse complète de hanche a été réalisée en 1938.

Dans les années 1950, les biomatériaux polymères font leur apparition.

              Ils sont utilisés pour les prothèses de cornée ainsi que pour les vaisseaux sanguins.

·         Aujourd’hui les biomatériaux sont utilisés pratiquement partout au niveau du corps humain et leur utilisation est très largement répandue:

• Articulation de la hanche
•  Prothèse du genou et du coude
•  Implants dentaires
•  Cathéter coronarien

        Des millions de vies ont été sauvées grâce aux biomatériaux, et la qualité de vie de millions d’autres est améliorée chaque année.

       Les biomatériaux restent un domaine de recherche très actif car chaque intervention médicale nouvelle requiert pratiquement un nouveau biomatériau spécialement adapté.

 Parmi les questions ouvertes qui motivent très fort le domaine:

•  Une meilleure compréhension de la réponse des cellules vivantes aux biomatériaux ;
• Trouver un rôle optimal pour les biomatériaux dans la régénération des tissus.

         Lorsque la compréhension des mécanismes biologiques était très réduite, l’approche de l’ingénieur biomédical était de remplacer complètement le tissu dont la fonction était perdue par un simple biomatériau.

             Au fil du temps et avec la meilleure compréhension des mécanismes biologiques, apparaissent les tentatives de réparer le tissu défectueux.

Plus récemment et avec l’apparition des cellules souches, la médecine croit en la possibilité de régénérer le tissu endommagé par des techniques basées sur des mécanismes cellulaires.

 4.2.2.    Définitions :

 La notion de biomatériau a évolué au cours du temps, ainsi que les concepts médicaux.

 En 1987, Williams le définissait comme « un matériau non viable utilisé dans des dispositifs médicaux et conçu pour interagir avec le système biologique ».

 Cette définition s’applique aussi bien aux formes primitives de prothèses (jambe de bois ou œil de verre) qu’aux biomatériaux modernes (implants biodégradables utilisés pour délivrer des cellules dans les applications d’ingénierie des tissus). Bien que la définition du biomatériau soit la même, notre compréhension du niveau d’interaction entre le biomatériau et le système biologique a évolué de manière spectaculaire.

Alors qu’au départ il était considéré comme relativement inerte, il est aujourd’hui «  bioactif » et participe à la régénération.

      Les matériaux bioactifs ont la capacité d’initier une réponse biologique après leur implantation:

•  L’adhésion
• La prolifération
• La différenciation cellulaire

         La complexité des réactions entre tissus vivants et biomatériaux a montré qu’il était utile de s’inspirer de la nature afin de guider le design, la sélection, la synthèse et la fabrication des biomatériaux.

Cette approche, appelée bio mimétisme, s’inspire des caractéristiques des matériaux naturels comme leur composition chimique, leur microstructure ou encore leur méthode de fabrication.

Toutefois, le bio mimétisme ne donne pas toujours des résultats satisfaisants car beaucoup de fonctions des tissus naturels sont encore inconnues et de plus les propriétés recherchées pour les biomatériaux varient énormément en fonction de l’application biomédicale.

 

 En conclusions : les Biomatériaux sont des matériaux non vivants utilisés dans un dispositif médical destiné à interagir avec les systèmes biologiques.

 4.2.3.  Catégories des Biomatériaux

      4.2.3.1.  Céramiques et verres

       Avantages et inconvénients

 o   Les avantages des céramiques sont: biocompatibilité (en particulier avec l’os), le fait d’être inerte, résistance aux attaques microbiennes et aux contraintes de compression.

o   Les inconvénients sont: le fait d’être cassant et de pouvoir se désagréger de manière catastrophique ainsi que la difficulté de mise en œuvre.

Ces propriétés résultent de la structure atomique des céramiques. Alors que les atomes des métaux sont faiblement liés et capables de se déplacer, ce n’est pas le cas des céramiques dont les atomes sont fortement liés sous des formes composées.

Les propriétés atomiques des céramiques entraînent de très faibles conductivités électrique et thermique.

En comparaison avec les métaux, les céramiques ont des points de fusion plus élevés (au-delà de 1000°C) et sont plus cassants.

Certains types de céramiques, de verres et de composites ont la capacité très intéressante de favoriser l’adhésion directe de l’os. Ces céramiques « bioactives » sont précieuses pour les applications orthopédiques. L’adhésion de l’os se fait via une couche de phosphate de calcium qui se forme en surface du biomatériau.

   Propriétés et applications

a)Tableau1 : Quelques biomatériaux céramiques et leur usage.

Biomatériaux « Céramiques »	Utilisations
Oxydes d'aluminium	Implants de la hanche, les implants dentaires, replacement cochléaire
Zircone	Implants de la hanche
Le phosphate de calcium	Substituts osseux, des revêtements de surface sur replacement total de l'articulation, échafaudages cellulaires
Le sulfate de calcium	Des substituts de greffe osseuse
Carbone	Revêtements de valve cardiaque, des implants orthopédiques
Verre	Des substituts de greffe osseuse, des charges pour matériaux dentaires

 

b) Articulation artificielle de la hanche où certains composants de polymère et de métal ont été remplacés par des céramiques (renfort de l’adhésion et augmentation de la durabilité).

Figure I.2 Biomatériaux en céramique (articulation artificielle de la hanche)

c) Sulfate de calcium utilisé comme greffe d’os synthétique lorsque la quantité d’os du patient ou d’un donneur n’est pas suffisante.

 

Figure I.3 Biomatériaux en céramique (sulfate de calcium)

      Remarque:

               Le point de fusion élevé des céramiques empêche leur mise en forme aisée par extrusion ou par moulage.

               Par conséquent les céramiques sont habituellement stockées sous forme de poudres. Ces poudres sont mélangées à un liquide avant moulage ou pressées à sec (frittage).

               Pour la plupart des applications, une étape supplémentaire sera nécessaire afin de réduire la porosité entre les particules de poudre qui constituent des microfissures fragilisant le matériau.

               Par contre pour les greffes d’os, il est désirable d’avoir une grande porosité afin de permettre aux cellules vivantes d’infiltrer le matériau de d’y développer du nouveau tissu.

 4.2.3.2. Métaux

        Avantages et inconvénients

Les métaux utilisés comme biomatériaux ont des limites d’élasticité et des résistances à la rupture élevées.

o   Ils sont conçus pour résister à la corrosion.

Leur usage est très répandu en orthopédie: articulations de remplacement au niveau de la hanche ou du genou.

o   Les implants réduisent la douleur et permettent une récupération de la fonction des articulations dans lesquelles les cartilages naturels ont été endommagés.

o   Des plaques et vis métalliques sont largement utilisées pour maintenir en place des os fracturés (peuvent être enlevés ou laissés en place après guérison selon les cas). Le point faible des métaux est leur susceptibilité à la corrosion qui a mené à la sélection d’alliages (Titane, Cobalt-Chrome).

 

      Propriétés et applications

a) Tableau 2 : Quelques biomatériaux métalliques et leur usage.

Biomatériaux « Métaux »	Utilisations
Acier inoxydable	Replacement mixte, fracture osseuse fixation, valves cardiaques, des électrodes
Titane et alliages de titane	Joint de Remplacement, revêtements de surface sur le total des remplacements articulaires, échafaudages cellulaires
Alliages cobalt-chrome	Joint de replacement, fracture osseuse fixation
Or	obturations et les couronnes, les électrodes dentaires
Argent	Fils de pacemakers, matériel de suture, les amalgames dentaires
Platine	Électrodes, de neurones périphériques stimulations

 

b) Prothèses de hanche et de genou (métal + UHMWPE).

Figure I.4 Biomatériaux en Métaux (Prothèses de hanche et de genou

 4.2.3.3. Polymères

 

      Avantages et inconvénients

o   Les polymères sont bien adaptés aux applications biomédicales en raison de la grande diversité de leurs propriétés:

• Flexibles ou rigides
• Résistant à l’adhérence de protéines ou au contraire modifiés pour encourager leur adhérence
• Biodégradables ou permanents
• Peuvent avoir des formes très complexes

 o   Leurs inconvénients par rapport aux métaux et céramiques:

• Moins résistants que métaux et céramiques
• Peuvent se déformer avec le temps et se détériorer lors de la stérilisation
•  Peuvent se dégrader de manière catastrophique dans le corps ou produire des dérivés toxiques

      Propriétés et applications

a) Les polymères sont formés de macromolécules de grande taille. Leur fabrication nécessite une étape de polymérisation à partir de molécules plus petites (monomères).

Les polymères sont classés en thermoplastiques ou en thermodurcissables.

Les thermoplastiques ont une structure linéaire ou formée de branches. Lorsqu’on les chauffe, les chaines peuvent glisser plus facilement ce qui permet au polymère de fondre (mise en forme aisée et recyclage).

Exemple: polyéthylène - (CH2 - CH2) n

Le PVC est plus rigide que le polyéthylène (PE) car l’atome de chlore plus gros réduit les glissements - (CH2 - CHCl) n

Un autre exemple connu sous le nom de plexiglas est le poly méthacrylate de méthyle (PMMA). Dans ce cas, un atome d’hydrogène est remplacé par un groupe de méthyle (CH3) et un second par un groupe acrylique (COOCH3), ce qui le rend plus rigide et augmente le module d’élasticité. Ses molécules s’orientent difficilement de manière cristalline, ce qui le rend structurellement amorphe. Le PMMA est optiquement transparent.

Chapitre V. Biotechnologies microbiennes et infectiologie.

5.1 Biotechnologie microbienne

Les micro organismes sont présents dans toute la structure de la taxonomique, il est possible de distinguer d'une part les microorganismes procaryotes qui ne possédent pas de noyau comme les bactéries et les Archaea,et d'autre par les microorganismes Eucaryotes possédant un noyau , les eucaryotes microscopiques comprennent les champignons comme les levures et les deux types de protistes ,algues et protozoaires.
Les microorganismes sont souvent décrits comme Unicellulaires , quelques protistes unicellulaires sont visibles à l’œil nu et quelques espèces multicellulaires  sont microscopiques .
La taille moyenne des cellules bactérienne est comprise entre 0.5 et 5um.
Importance dans les écosystéme.
Les microorganismes sont indispensables à l'homme et à l'environnement ,iles participent au cycle de carbone ,de l'azote et accomplissent un role vital dans presque tous les écosystémes .
On trouve les microorganismes dans tous les types d'environnement présents dans la nature: 
Ils colonisent tous les écosystémes , mais aussi des environnements plus hostiles tel que les poles,les déserts ,les geysers.
Habitats : Certains microbes sont dites extrémophiles auraient acquis au cours de l’évolution des moyens de résistance face au systèmes immunitaires de leur hôte  ou face au stress environnemental.soit en entrant en sommeil ou en se protégeant   par enkystement.
Maladies et immunologie   :
Les microorganismes peuvent être la cause de nombreuses maladies infectieuses .
on distingues ainsi : les bactéries pathogénes qui provoquent des maladies comme la peste ,la maladie du sommeil par contre les champignons qui provoquent des maladies cutanées la candidose .
D'autre maladies comme la grippe ,la fièvre jaune et le Sida sont causés par des virus pathogènes.
5.2 L'infectiologie:
Est une discipline médicale clinique ,spécialisée dans la prise en  charge des maladies infectieuses dans leur dimensions individuelles et collectives.
Les champs d'exercices de cette discipline sont multiples et touchent la dimension collective (maladies Transmissibles).
la prise en charge thérapeutique , la prevention et en terme plus global: La gestion du risque infectieux.

• L'infection microbienne:
• L'organisme possédé des moyens de défense contre la pénétration des microbes par plaies superficielles ou profondes.
• Défense extérieure 
• Défense intérieure de l'organisme