Offre de stage : Caractérisation des processus de transfert de matière et d’adsorption/désorption d’anticorps/antigènes dans un dispositif de diagnostic biologique par la technique de la chromatographie d’affinité.


Contexte
Les systèmes de diagnostic in vitro permettent d’identifier l’origine d’une maladie à partir d’échantillons biologiques prélevés sur un patient. Les immunoessais, l’une des technologies utilisée pour les systèmes de diagnostic in vitro, permettent de détecter ou de quantifier la présence d’antigènes ou d’anticorps dans un échantillon biologique. Ils reposent sur le principe de la réaction immunologique : la reconnaissance spécifique entre un anticorps et un antigène.
Les mécanismes physiques mis en jeu lors des différentes étapes d’un test d’immunoessai sont nombreux et dépendent beaucoup des conditions expérimentales. Les processus de test complets sont donc extrêmement complexes et ne sont pour l’instant mis au point que par une approche essentiellement empirique, donc coûteuse en temps et en ressources.
Afin d’améliorer et de concevoir les systèmes de diagnostic de façon plus rationnelle et efficace, il y a donc un intérêt fort à apporter une compréhension fine et une vision intégrée de l’ensemble des mécanismes mis en jeu dans les tests. Focaliser le travail empirique de conception et d’optimisation sur des paramètres critiques pré-identifiés par un modèle prédictif aurait donc un impact direct sur l’efficacité de développement de nouveaux systèmes ou tests, voir sur la performance des tests eux-mêmes.

Dans ce cadre, une collaboration a été établie entre le LAGEP et la société bioMérieux dans la mesure où les processus physico-chimiques se produisant dans les dispositifs de diagnostic concernés relèvent du Génie des Procédés : il s’agit de processus de transfert de matière et d’adsorption/désorption.
Un outil expérimental composé d’une colonne contenant un lit fixe de particules a été mis en place afin d’étudier les phénomènes physico-chimiques mis en jeu lors des tests d’immunoessais. Parallèlement, un modèle dynamique de l’outil expérimental prenant en compte les processus de transfert de matière a été développé et implémenté avec le logiciel Matlab. Ces outils expérimentaux et de modélisation sont utilisés i) pour affiner notre connaissance des mécanismes impliqués dans la capture d’antigènes par des anticorps immobilisés sur des surfaces et ii) identifier les paramètres critiques des systèmes de diagnostic.

Le travail se fera au LAGEP, Laboratoire d’Automatique et de Génie des Procédés (LAGEP-UMR CNRS 5007) et plus particulièrement au sein de l’équipe Dynamique et Commande des Procédés (DYCOP) dont les thématiques de recherche concernent, entre autres, la caractérisation et la modélisation des phénomènes de transfert de matière dans les milieux poreux.
Ce travail se fait en collaboration avec la société bioMérieux (Laurent Drazek – Laurent.DRAZEK@biomerieux.com)

Description du stage
Durant ce stage il s’agira :
-d’utiliser et d’améliorer l’outil expérimental mis en place pour étudier les phénomènes physico-chimiques mis en jeu lors de la capture d’antigènes par des anticorps immobilisés sur un support.
Des anticorps seront immobilisés sur un lit de particules dans une colonne. Des antigènes seront injectés à l’entrée de la colonne de chromatographie. La concentration en antigène sera mesurée en sortie de colonne pour obtenir des courbes de perçage. L’influence de certains paramètres (tels que le débit et la concentration d’antigènes en entrée de colonne) sur les courbes de perçage devra être étudiée.
-d’exploiter les courbes de perçage obtenues pour caractériser les paramètres physico-chimiques intervenant dans les interactions anticorps/antigènes.
Profil recherché
- Niveau d’étude : Licence 2 ou IUT, Licence 3 ou première année d’école d’ingénieur, Master 1 ou deuxième année d’école d’ingénieur
- Qualités requises : organisation, rigueur, motivation, travail en équipe, goût pour l’expérimentation.

Compétences
- Compétences en analyses physico-chimiques
- Connaissances de base en immunologie appréciées mais pas obligatoires.

Lieu
Laboratoire LAGEP (UMR CNRS 5007, Université Lyon 1)
Bâtiment CPE
43 boulevard du 11 novembre 1918
69 100 VILLEURBANNE

Durée proposée
2 à 4 mois (à partir de septembre 2018 – dates flexibles)

Conditions d’accueil
Le stagiaire sera co-encadré par Maëlenn Robin et Mélaz Tayakout-Fayolle au sein de l’équipe DYCOP du LAGEP.
Gratification de stage : gratification légale (~3.60 €/heure soit ~500€/mois)

Contact
Merci d’envoyer vos CV et lettres de motivation à Maëlenn Robin (maelenn.robin@etu.univ-lyon1.fr – 04 72 43 18 70).

Stage Master : Etude des mécanismes et des conditions de nucléation de la glace

Proposition de stage Master (6 mois)
Intitulé : Etude des mécanismes et des conditions de nucléation de la glace
Contexte : Les particules d’aérosols jouent un rôle clé dans la pollution atmosphérique, la formation de nuages et le réchauffement climatique. D’autrepart, elles créent un milieu propice aux réactions hétérogènes gaz-particules quipeuvent modifier de manière significative la chimie atmosphérique influençant la qualité de l’air, la formation des nuages et le climat. Or les transitions de phase des particules d’aérosols dans l’atmosphère et leur impact sur le bilan radiatif de la planète sont mal compris et donc absents des modèles climatiques utilisés actuellement.
Sujet : L’objectif du stage est de mieux comprendre les mécanismes et les conditions de nucléation de la glace. Le stagiaire analysera la formation et les propriétés de solides amorphes ou cristallisés à partir de solutions aqueuses de liquides inorganiques potentiellement présents dans l’atmosphère. Les particules étudiées ici iront des gouttelettes aqueuses modèles à des particules collectées sur le terrain.
Pour cela, différentes étapes seront envisagées :
1) Exploiter l’étude bibliographique qui concerne les transitions de phase des particules d’aérosols et établir une synthèse de l’état des connaissances.
2) Effectuer des essais de calorimétrie pour caractériser le comportement thermique du milieu.
3) Mettre au point une méthode d’observation du changement de phase par cryo-microscopie.
4) Réaliser une analyse paramétrique pour définir les paramètres influents du changement de phase.

Profil : Vous préparez un M2 en Chimie, Chimie-physique, Physique-chimie atmosphérique ou Génie des Procédés idéalement. Rigueur, méthode et organisation sont exigées.
Durée : 6 mois
Lieu : Laboratoires LAGEP et IRCELYON (campus de la Doua)
Contacts : Envoyer CV + LM + notes (L3 et M1) aux adresses suivantes :
claudia.cogne@univ-lyon1.fr (LAGEP)
corinne.emmelin@univ-lyon1.fr (IRCELYON)

Sujet de stage : EDP découplés appliqués au traitement des eaux usées

Responsable scientifique : DOS SANTOS MARTINS Valérie
valerie.dos-santos-martins@univ-lyon1.fr
Co-Responsable à Grenoble : CADET Catherine, GIPSA-Lab
Catherine.Cadet@gipsa-lab.grenoble-inp.fr

Laboratoire du porteur scientifique : LAGEP
Laboratoire(s) ou équipe(s) partenaire(s) LJK (G.-H. Cottet (E. Maitre), LEGI (P. Séchet), Université Catholique de Louvain (Denis, DOCHAIN, Belgique), GIPSA-Lab (CADET Catherine)
Titre du projet Modélisation et simulation de la décantation en milieu dense : application à un décanteur secondaire d’une station d’épuration

Description du sujet
Ce projet se situe dans une finalité globale d’amélioration du fonctionnement des stations d’épuration d’eaux usées urbaines ou industrielles existantes. Pour ces stations, le procédé à boues activées, simple à mettre en œuvre et très efficace, reste le procédé de traitement le plus répandu. Sur une station d’épuration existante, les charges à traiter (pollution et débits) augmentent régulièrement tandis que les normes de rejet des polluants sont de plus en plus contraignantes, ce qui induit des difficultés de stabilisation du fonctionnement de la station. Il en découle également une quantité de boues produites telle que les méthodes habituelles d’élimination ou de valorisation des boues ne sont plus suffisantes. Une stabilisation du fonctionnement, malgré la variabilité en débit et concentration des effluents à traiter, permet également d’obtenir des boues de qualité constante qui fiabiliserait et diminuerait le phénomène de sédimentation. Ce dernier est un phénomène central du procédé à boues activées et ses performances ont un impact majeur sur l’ensemble du traitement. De nombreux travaux de recherche ont été menés pour améliorer le suivi des stations d’épuration, et il existe actuellement des modèles reconnus par la communauté internationale du fonctionnement des réacteurs biologiques. Cependant, il n’existe pas à ce jour de modèle satisfaisant pour les décanteurs secondaires. Les modèles présentant actuellement le meilleur compromis entre la complexité et la représentativité des phénomènes sont les modèles 1-D. Ils s’appuient sur la théorie des flux : on considère que les profils des vitesses horizontales sont uniformes et que les gradients de concentration horizontaux sont négligeables. Par conséquent seule la dimension verticale est modélisée.
Le modèle le plus utilisé est le modèle de Takács (Takács et al., 1991), basé uniquement sur un bilan massique. Des phénomènes importants comme la diffusivité ou la compression ne sont pas prises en compte. La simulation de ce modèle nécessite d’introduire une expression empirique de la vitesse de sédimentation. Les paramètres sont en général déterminés par des équations empiriques qui utilisent des tests de sédimentation en laboratoire comme le SVI (Sludge Velocity Index). L’équation est une équation aux dérivées partielles non-linéaire hyperbolique, dont tous les phénomènes ne sont pas maitrisés. Quelques essais pour améliorer ce modèle ont été proposés (Cadet et al., 2015). Un terme de diffusivité, qui permet de stabiliser la simulation numérique a été ajouté. Une équation de conservation des moments a également été ajoutée. Ces équations sont basées sur la théorie de sédimentation-consolidation des suspensions particulaires, qui nécessitent la définition de deux phases : une phase liquide et une phase solide. Un changement d’échelle de modélisation est alors nécessaire, en passant du bilan macroscopique précédent à un bilan des forces au niveau des flocs. La définition de ces forces nécessite l’introduction de paramètres et de fonctions qui doivent être explicités. Une difficulté est que ces fonctions ou paramètres sont discontinus en fonction de la hauteur dans le décanteur. De plus, dans les travaux existants, une expression semi-empirique de la vitesse de sédimentation a été définie pour chaque zone, diminuant ainsi la pertinence du modèle à représenter les phénomènes physiques. Cette manière de résoudre le problème amène à obtenir à la fois des équations hyperboliques et paraboliques selon la zone.

Travail à effectuer :
Notre challenge est de résoudre le modèle constitué d’un système de deux équations aux dérivées partielles, le bilan massique permettant de déterminer la concentration des boues en sortie du clarificateur et l’équation de conservation des moments permettant de déterminer de manière dynamique la vitesse de sédimentation. De plus, pouvoir déterminer la hauteur du voile de boues est également un challenge étant donné que les zones de sédimentation et de compression sont de volume variable. Enfin, dans une optique d’utilisation du modèle dans une stratégie de commande du décanteur ou du procédé à boues activées, il est nécessaire de n’utiliser qu’un nombre raisonnable et représentatif de paramètres.
Les phénomènes modélisés, le formalisme des équations aux dérivées partielles du modèle (équations, conditions initiales, conditions aux limites) ainsi que les paramètres utilisés (discontinuité ou fonctions continues) seront définis.
Le travail demandé consiste à vérifier l’adéquation du modèle avec les objectifs d’utilisation : propriétés physiques, mathématiques, réduction de modèle ou non, système bien posé ou non, stabilité et/ou stabilisation, contrôlabilité, sensibilité paramétrique, dépendance aux conditions limites et conditions initiales.
Etant donné que ce modèle est non linéaire, il sera nécessaire de le simuler pour déterminer certaines de ses propriétés. Ce point pourra faire l’objet d’une poursuite de projet.

Compétences : EDP, appétences pour le Génie des Procédés, Autonomie

Résultats attendus et perspectives
A l’issue de ce projet, un modèle dynamique du décanteur secondaire sera établi, validé dans un cas simple. Il sera possible d’envisager d’autres projets de plus grande envergure, qui à la fois approfondissent le développement de méthodes numériques et qui permettent de se tourner vers des applications pour la commande :
• Sur le décanteur lui-même : cela permettra de maîtriser la concentration des boues extraites malgré les variations de la concentration en entrée. Il sera possible également d’explorer l’utilisation du décanteur à des fins de stockage dynamique, permettant à terme d’optimiser le volume des décanteurs.
• Sur l’ensemble du procédé à boues activée : une stratégie de commande pertinente doit se faire sur l’ensemble du procédé et non seulement au niveau du réacteur biologique. Le suivi de la formation des flocs dans le réacteur biologique et de leur décantation n’est à ce jour pas exploré.

Lieu du projet : Lyon avec réunion sur Grenoble.
02 ou 03-2018 +6 mois
Possibilité de thèse sur Grenoble

Offre de stage : Caractérisation des processus de transfert de matière et d’adsorption/désorption d’anticorps/antigènes dans un dispositif de diagnostic biologique par la technique de la chromatographie d’affinité.

Proposition de stage

Titre

Caractérisation des processus de transfert de matière et d’adsorption/désorption d’anticorps/antigènes dans un dispositif de diagnostic biologique par la technique de la chromatographie d’affinité.

Contexte

Les systèmes de diagnostic in vitro permettent d’identifier l’origine d’une maladie à partir d’échantillons biologiques prélevés sur un patient. Les immunoessais, l’une des technologies utilisée pour les systèmes de diagnostic in vitro, permettent de détecter ou de quantifier la présence d’antigènes ou d’anticorps dans un échantillon biologique. Ils reposent sur le principe de la réaction immunologique : la reconnaissance spécifique entre un anticorps et un antigène.
Les mécanismes physiques mis en jeu lors des différentes étapes d’un test d’immunoessai sont nombreux et dépendent beaucoup des conditions expérimentales. Les processus de test complets sont donc extrêmement complexes et ne sont pour l’instant mis au point que par une approche essentiellement empirique, donc coûteuse en temps et en ressources.
Afin d’améliorer et de concevoir les systèmes de diagnostic de façon plus rationnelle et efficace, il y a donc un intérêt fort à apporter une compréhension fine et une vision intégrée de l’ensemble des mécanismes mis en jeu dans les tests. Focaliser le travail empirique de conception et d’optimisation sur des paramètres critiques pré-identifiés par un modèle prédictif aurait donc un impact direct sur l’efficacité de développement de nouveaux systèmes ou tests, voir sur la performance des tests eux-mêmes.

Dans ce cadre, une collaboration a été établie entre le LAGEP et la société bioMérieux dans la mesure où les processus physico-chimiques se produisant dans les dispositifs de diagnostic concernés relèvent du Génie des Procédés : il s’agit de processus de transfert de matière et d’adsorption/désorption.
Un outil expérimental composé d’une colonne contenant un lit fixe de particules a été mis en place afin d’étudier les phénomènes physico-chimiques mis en jeu lors des tests d’immunoessais. Parallèlement, un modèle dynamique de l’outil expérimental prenant en compte les processus de transfert de matière a été développé et implémenté avec le logiciel Matlab. Ces outils expérimentaux et de modélisation sont utilisés i) pour affiner notre connaissance des mécanismes impliqués dans la capture d’antigènes par des anticorps immobilisés sur des surfaces et ii) identifier les paramètres critiques des systèmes de diagnostic.

Le travail se fera au LAGEP, Laboratoire d’Automatique et de Génie des Procédés (LAGEP-UMR CNRS 5007) et plus particulièrement au sein de l’équipe Dynamique et Commande des Procédés (DYCOP) dont les thématiques de recherche concernent, entre autres, la caractérisation et la modélisation des phénomènes de transfert de matière dans les milieux poreux.
Ce travail se fait en collaboration avec la société bioMérieux (Laurent Drazek – Laurent.DRAZEK@biomerieux.com)


Description du stage
Durant ce stage il s’agira :
-d’utiliser et d’améliorer l’outil expérimental mis en place pour étudier les phénomènes physico-chimiques mis en jeu lors de la capture d’antigènes par des anticorps immobilisés sur un support.
Des anticorps seront immobilisés sur un lit de particules dans une colonne. Des antigènes seront injectés à l’entrée de la colonne de chromatographie. La concentration en antigène sera mesurée en sortie de colonne pour obtenir des courbes de perçage. L’influence de certains paramètres (tels que le débit et la concentration d’antigènes en entrée de colonne) sur les courbes de perçage devra être étudiée.
-d’exploiter les courbes de perçage obtenues pour caractériser les paramètres physico-chimiques intervenant dans les interactions anticorps/antigènes. Les paramètres seront obtenus en minimisant l’écart entre les données expérimentales et les données de simulation obtenues grâce au modèle déjà implémenté sous Matlab.

Profil recherché
- Niveau d’étude : niveau master 2 ou troisième année d’école d’ingénieur.
- Qualités requises : organisation, rigueur, motivation, travail en équipe, goût pour l’expérimentation.

Compétences
- Compétences en analyses physico-chimiques ;
- Connaissances en génie des procédés ;
- Connaissances de base en immunologie appréciées mais pas obligatoires.

Lieu
Laboratoire LAGEP (UMR CNRS 5007, Université Lyon 1)
Bâtiment CPE
43 boulevard du 11 novembre 1918
69 100 VILLEURBANNE

Durée proposée
6 mois (1er semestre 2018 – dates flexibles)

Conditions d’accueil
Le stagiaire sera co-encadré par Maëlenn Robin et Mélaz Tayakout-Fayolle au sein de l’équipe DYCOP du LAGEP.
Gratification de stage : gratification légale (~3.60 €/heure soit ~500€/mois)

Contact
Merci d’envoyer vos CV et lettres de motivation à Maëlenn Robin (maelenn.robin@etu.univ-lyon1.fr – 04 72 43 18 70).