Génie enzymatique

Chapitre

Titre

Contenu

1

Introduction à l’enzymologie

1. Historique 2. Définition et importance 3. Structure générale 4. Propriétés et caractéristiques 5. Localisation cellulaire 6. Taille et masse moléculaire 7. Nomenclature et classification

2

Relations structure-fonction

1. Architecture fonctionnelle 2. Isoenzymes et rôles physiologiques 3. Composition et topologie du site actif 4. Sites de fixation et catalytique 5. Rôle des résidus du site actif 6. Facteurs de liaison enzyme-substrat 7. Clé-serrure et ajustement induit 8. Interactions non covalentes

3

Réaction enzymatique

1. Définition et principes 2. Étapes mécanistiques 3. Éléments clés 4. Facteurs influents 5. Réactions à deux substrats

4

Énergétique des réactions enzymatiques

1. Énergie d’activation Ea 2. Théorie de l’état de transition 3. Variation d’enthalpie ΔH 4. Énergie libre ΔG 5. Spontanéité et réversibilité

5

Cinétique enzymatique

1. Introduction 2. Bases de cinétique chimique 3. Phases réactionnelles 4. Vitesse initiale V₀ 5. Michaelis–Menten 6. Km et Vmax 7. Lineweaver–Burk et linéarisations

6

Mécanismes moléculaires de catalyse

1. Proximité et orientation 2. Catalyse covalente 3. Catalyse acido-basique 4. Catalyse par ions métalliques

7

Inhibition enzymatique

1. Introduction 2. Effecteurs de modulation 3. Types d’inhibiteurs 4. Conception et applications en biotechnologie et médecine

8

Régulation enzymatique

1. Panorama 2. Enzymes régulatrices et fonctions 3. Mécanismes de régulation

Séance

Titre

Contenu

1

Quantification de l’activité

Méthodes de mesure, dosages spectrophotométriques et définition des unités

2

Quantification : exercices

Unités enzymatiques, activité spécifique et vitesses de réaction

3

Cinétique : exercices

Analyse avec Michaelis–Menten et Lineweaver–Burk

4

Inhibition : exercices

Inhibitions compétitive, non compétitive et incompétitive ; variations de Km et Vmax

Séance

Titre

Objectif

Activités

Techniques

1

Introduction et mise en place des dosages

Préparer et standardiser les dosages.

• Extraire ou produire une enzyme simple • Dosage protéique de Bradford • Mettre en place un dosage d’activité • Calculer l’activité

• Spectrophotométrie • Pipetage • Courbes d’étalonnage

2

Effets du pH et de la température

Étudier l’influence du milieu.

• Activité à pH 2–10 • Températures 10°C–70°C • Dénaturation et état de transition

• Tampons • Contrôle thermique

7

Cinétique de Michaelis–Menten

Déterminer Km et Vmax.

• Vitesses selon la concentration en substrat • Tracer les courbes • Interpréter les paramètres

• Linéarisation • Ajustement des courbes • Calculs cinétiques

8

Inhibition enzymatique

Caractériser inhibitions compétitive et non compétitive.

• Enzyme modèle et inhibiteurs • Comparer avec/sans inhibiteur • Classer par Lineweaver–Burk

• Préparation des inhibiteurs • Modélisation cinétique

Chapitre

Titre

Contenu

1

Introduction à la biologie moléculaire

Historique et importance ; dogme central de la biologie moléculaire

2

Structure des acides nucléiques

Constituants chimiques ; nucléosides et nucléotides ; polymérisation ; structure et organisation de l’ADN ; structure, types et fonctions des ARN ; manipulation des acides nucléiques

3

Organisation du génome et des gènes

Concepts clés ; organisation du génome ; organisation des gènes

4

Réplication de l’ADN

Principes et enzymes impliquées ; réplication chez les procaryotes et les eucaryotes

5

Variation génétique et maintien de l’ADN

Intégrité et lésions de l’ADN ; réponses cellulaires ; mécanismes de réparation ; variation génétique et mutations

6

Transcription de l’ADN

Principes ; unité de transcription ; transcription procaryote et eucaryote

7

Traduction

Code génétique ; machinerie de traduction ; traduction procaryote et eucaryote ; modifications post-traductionnelles. Précision : la traduction porte sur l’ARN messager, pas directement sur l’ADN.

8

Introduction à l’intelligence artificielle en biologie moléculaire

Bases de l’IA, de l’apprentissage automatique et profond ; bases biologiques ; bio-informatique ; analyse de séquences et prédiction structurale assistées par IA ; annotation du génome ; régulation génique et analyse des protéines

Fiche

Titre

Activités et thèmes principaux

01

Structure des acides nucléiques

• Structure chimique de l’ADN et de l’ARN • Nucléotides, appariement et liaisons phosphodiester • Double hélice et types d’ARN

02

Organisation du génome et des gènes

• Génomes procaryotes et eucaryotes • Structure et types de gènes • Éléments transposables et dynamique du génome

03

Réplication de l’ADN

• Mécanismes procaryotes et eucaryotes • Enzymes de réplication • Origine et fourche de réplication

04

Variation génétique et maintien de l’ADN

• Lésions endogènes et exogènes • Voies de réparation • Types de mutations et effets

05

Transcription de l’ADN

• Brin matrice et brin codant • Activité de l’ARN polymérase • Transcription procaryote et eucaryote

06

Traduction

• Code génétique et machinerie • Initiation, élongation et terminaison • Différences procaryotes/eucaryotes ; il s’agit de la traduction de l’ARN messager

07

Applications de l’IA en biologie moléculaire

• Bases et outils biologiques, dont BLAST, Ensembl et AlphaFold ; tous ne relèvent pas de l’IA • Classification des similarités de séquences • Outil simple d’alignement fondé sur l’IA • Démonstration d’apprentissage supervisé, par exemple un arbre de décision pour classer les mutations • Prédiction structurale des ARN et protéines en ligne

Unité

Intitulé

Sujets abordés

1

Introduction aux bilans d’ingénierie

• Définition d’un procédé • Système et volume de contrôle • Régimes stationnaires et transitoires • Variables extensives et intensives • Schémas de procédé : blocs et schémas de circulation PFD

2

Unités et dimensions

• Homogénéité dimensionnelle • Conversion des unités et système SI • Analyse dimensionnelle et introduction au théorème π de Buckingham • Vérification de cohérence des équations

3

Bilans de masse sans réaction

• Équation générale du bilan de masse • Systèmes discontinus, semi-continus et continus • Régimes stationnaires et transitoires • Procédés à une ou plusieurs unités • Calculs de recyclage, dérivation et purge

4

Bilans avec réactions chimiques ou biochimiques

• Stœchiométrie des réactions • Réactifs limitants et en excès • Conversion, rendement et sélectivité • Bilans avec croissance microbienne ou réaction enzymatique • Application : bilan d’oxygène en fermentation aérobie

5

Bilans d’énergie sans réaction

• Premier principe pour les systèmes fermés et ouverts • Chaleur, travail, énergie interne et enthalpie • Bilans stationnaires et transitoires • Calcul d’enthalpie : capacités calorifiques et changements de phase • Bilans en mélange, chauffage et évaporation

6

Bilans d’énergie avec réaction

• Chaleur de réaction • Chaleurs de formation et de combustion • Bilans avec réactions biochimiques, par exemple rendement en ATP • Problèmes combinant masse et énergie

7

Introduction au bilan de quantité de mouvement

• Chute de pression en conduite : Bernoulli et pertes par frottement • Forces sur des surfaces immergées • Bases de la statique et de la dynamique des fluides • Applications aux cuves agitées, fermenteurs et filtres

8

Applications en génie des bioprocédés

• Bilans de matière et d’énergie des bioréacteurs • Cas : fermentation discontinue et alimentée • Cas : stérilisation et traitement en aval • Introduction à la simulation : SuperPro, HYSYS ou modèles Excel

TD

Intitulé

Notions clés

Intérêt pour le génie des bioprocédés

Exemple

1

Unités, dimensions et schémas de procédé

• Unités SI et homogénéité dimensionnelle • Schémas : discontinu ou continu, amont ou aval

• Préparation des milieux, stérilisation et récupération en aval

• Interpréter un schéma fermentation–centrifugation • Convertir les débits, par exemple L/h en m³/s

2

Bilans de masse sans réaction

• Bilan indiqué : entrée = sortie, correspondant à l’absence d’accumulation • Systèmes stationnaires et transitoires

• Préparation des milieux, dilution des nutriments et tampons pour cultures discontinues

• Calculer la concentration en glucose après dilution • Bilan de masse d’un lavage de biomasse

3

Bilans avec recyclage, dérivation et purge

• Courants de recyclage, dérivation et purge • Systèmes à plusieurs unités

• Recyclage des substrats non convertis ou de l’eau ; purge du CO₂ pour contrôler la contamination, selon la formulation du programme

• Analyser un fermenteur alimenté avec recyclage partiel du substrat • Calculer le débit de purge d’un fermenteur aérobie

4

Bilans avec réactions chimiques ou biochimiques

• Stœchiométrie • Réactifs limitants et en excès, conversion, rendement, sélectivité

• Modèles de croissance, rendement de fermentation et conception métabolique

• Modéliser la fermentation du glucose en éthanol • Calculer le rendement de biomasse et la consommation d’oxygène

5

Bilans d’énergie sans réaction

• Premier principe en système fermé ou ouvert • Chaleurs sensible et latente, échangeurs

• Énergie de stérilisation, chauffage du bioréacteur et évaporation de solvant

• Calculer l’énergie pour chauffer 500 L de milieu de 25 à 121 °C • Estimer la demande de vapeur de stérilisation

6

Bilans d’énergie avec réaction

• Chaleur de réaction • Enthalpie de formation • Bilans combinés de masse et d’énergie

• Fermentations exothermiques, procédés thermophiles et digestion anaérobie

• Estimer la chaleur d’une fermentation aérobie du glucose • Calculer le refroidissement nécessaire à la production d’acide lactique

7

Introduction aux bilans de quantité de mouvement

• Bernoulli, chute de pression et frottements • Statique des fluides et dimensionnement des pompes

• Agitation, injection d’air, filtration et transport des fluides en bioréacteur

• Calculer la chute de pression en filtration membranaire • Estimer la puissance d’une pompe de recirculation

8

Cas intégré : fermentation et traitement en aval

• Bilans combinés de matière et d’énergie • Analyse d’un procédé à plusieurs étapes

• Réflexion intégrée : amont, gestion thermique et efficacité de séparation

• Cas : fermentation du glucose → séparation des cellules → distillation • Calculer les flux, le recyclage et la consommation d’énergie

Module

Chapitre

Titre

Thèmes

Module 1 Fondements analytiques

1

Introduction à la chimie analytique

• Rôle et domaine • Qualitatif et quantitatif • Démarche analytique • Méthodes classiques et instrumentales • Industrie, environnement, santé et alimentation

Module 1 Fondements analytiques

2

Mesures et erreurs

• Unités et grandeurs • Erreurs aléatoires, systématiques et grossières • Exactitude, fidélité, limites de détection et quantification • Blancs, contrôles et répétitions • Étalonnage et standardisation

Module 1 Fondements analytiques

3

Chimie des solutions

• Interactions solvant-soluté • Électrolytes et non-électrolytes • M, m, ppm et % • Dilution, mélange et force ionique • Solubilité et ion commun

Module 1 Fondements analytiques

4

Données et statistiques

• Chiffres significatifs et arrondis • Moyenne, écart-type et erreur relative • Intervalles de confiance • Tests Q, t et F • Étalonnage et régression linéaire

Module 2 Analyse chimique quantitative

5

Équilibres chimiques

• Constante K, quotient réactionnel Q et énergie libre ΔG • Équilibres acido-basiques, pH, pKa et tampons • Solubilité et précipitation • Complexation et constantes de stabilité

Module 2 Analyse chimique quantitative

6

Méthodes quantitatives classiques

• Gravimétrie : précipitation et séchage • Titrimétrie : — Acido-basique — Oxydoréduction, KMnO₄ et I₂ — Complexométrie, EDTA — Précipitation • Indicateurs et points finaux • Calcul de concentration de l’analyte

Module 3 Électrochimie et spectroscopie

7

Analyse électrochimique

• Principes • Potentiels et Nernst • Potentiométrie, pH-mètres et électrodes sélectives • Conductimétrie • Titrages rédox et coulométrie • Voltamétrie et ampérométrie

Module 3 Électrochimie et spectroscopie

8

Spectroscopies moléculaire et atomique

• UV-visible et fluorimétrie facultative • AAS, AES et ICP • Beer–Lambert • Étalonnage • Instrumentation et maintenance

Module 4 Séparations analytiques

9

Séparation et analyse instrumentale

• Principes • Extraction liquide–liquide • Filtration, centrifugation et membranes • Chromatographies papier, CCM, CPG, HPLC, échange d’ions, exclusion stérique et affinité • Électrophorèse et électrophorèse capillaire • Introduction à la spectrométrie de masse

Semaine

Thème

Activités

Applications et logiciels

1

Méthodes et erreurs

• Classer les erreurs • Chiffres significatifs et erreur en % • Comparer les méthodes, vitamine C des jus par exemple

Étiquetage nutritionnel Outil cité : ChemCollective Virtual Lab

2

Concentrations et dilutions

• Molarité, ppm et % masse/volume • Concevoir les dilutions • Convertir les unités

Réactifs de contrôle qualité Outil cité : Dilutions Interactive Tool — ChemCollective

3

Force ionique, solubilité et pH

• Calculer la force ionique • Prédire la solubilité • Estimer le pH

Solutions intraveineuses et milieux de fermentation Outil cité : PHET pH Simulator

4

Étalonnage et statistiques

• Construire une courbe • Test Q, écart-type et intervalles de confiance

Dosage pharmaceutique UV-visible Excel ou Desmos pour la régression

5

Tampons et équilibres acido-basiques

• pH et capacité tampon • Henderson–Hasselbalch • Comparer théorie et mesure

Tampons pour essais enzymatiques Outil cité : Buffer Maker — OpenWetWare

6

Solubilité et gravimétrie

• Problèmes de Ksp • Précipitation • Rendement gravimétrique

Métaux traces dans l’eau Outil cité : Virtual Gravimetric Analysis — ChemCollective

7

Titrages acido-basiques, rédox et EDTA

• Stœchiométrie • Concentrations • Choix d’indicateurs

Dureté de l’eau et acidité des boissons Outil cité : Titration Simulator — ChemCollective

8

Analyse électrochimique

• Nernst • Données de pH • Courbes de titrage

pH de fermentation et capteurs sélectifs environnementaux Outil cité : Electrochemistry Sim — PHET

9

Spectrophotométrie UV-visible

• Beer–Lambert • Étalonnage • Absorbance

Protéines et colorimétrie alimentaire Outil cité : Spectragryph

10

Chromatographie et séparation

• Rf • Chromatogrammes • Comparer CPG, CCM et HPLC

Pesticides et contrôle pharmaceutique Outil cité : TLC Viewer — ACD Labs, version gratuite selon la source

11

Extraction, cristallisation et purification

• Coefficients de partage • Étapes d’extraction • Cristallisation

Antibiotiques et arômes Outil cité : LibreChem Sketcher

12

Démarche intégrée et révision

• Concevoir une analyse complète • Relecture entre équipes • Problèmes intégrateurs

Validation alimentaire/pharmaceutique Calc pour le schéma et les calculs

Semaine

Thème

Activités principales

Livrable

1

Lancement, conception expérimentale et carnet

Sécurité, équipes, production multienzymatique et intérêt industriel

Plan collectif et stratégie d’échantillonnage

2

Échantillonnage

Collecte de sols/rhizosphère, métadonnées et gestion des échantillons

Catalogue des échantillons

3

Milieux et dilutions en série

Milieux généraux et sélectifs : amidon, lait écrémé, CMC et tributyrine ; dilutions

Échantillons ensemencés sur quatre milieux

4

Isolement de Bacillus spp.

Prétraitement par choc thermique, gélose nutritive et isolement par stries

Colonies isolées et purifiées

5

Criblage d’activités extracellulaires

Amylase sur amidon, protéase sur lait, cellulase sur CMC, lipase sur tributyrine

Halos et profils enzymatiques

6

Caractérisation morphologique et microscopique

Colonies, Gram et endospores

Photographies et descriptions

7

Identification phénotypique des isolats

Catalase, oxydase, fermentation glucose/lactose ; galeries API facultatives

Identification présomptive des souches retenues

8

Préparation de l’optimisation de croissance

Matrice pH/température/salinité et inoculation des précultures

Journal expérimental

9

Production en conditions optimisées

Fermentation submergée, prélèvements temporels et OD600

Courbes de croissance et production

10

Dosages en milieu liquide

DNSA pour amylase, tyrosine libérée pour protéase, sucres réducteurs à partir de CMC pour cellulase, etc.

Activités en U/mL

11

Tests applicatifs

Détachage, amélioration de pâte et décoloration de colorants, par exemple

Comparaison photographique ou cotée

12

Interprétation et comparaison

Profils d’activité, conditions optimales, performances et applications potentielles

Synthèse provisoire et matrice comparative

Étape

Intitulé

Activités

Résultat

Théorie associée et notes

1

Lancement et attribution des échantillons

• Définir les objectifs • Recevoir les consignes et le bouillon • Identifier les analytes et paramètres : acide acétique, pH, sucres, éthanol et ions • Répartir les rôles

• Plan analytique d’équipe en une page • Fiche de réception

Conception du projet et inventaire des analytes

2

Prétraitement

• Filtration • Centrifugation si trouble • Mesure du pH • Aliquotage

• Échantillons préparés • pH initial

Manipulation et reproductibilité

3

Dosage titrimétrique de l’acide acétique

• Titrage par NaOH avec indicateur ou pH-mètre • Calcul de la molarité et de la masse

• Concentration en g/L ou % v/v

Équilibres acido-basiques et pKa

4

Titrage redox de l’éthanol résiduel

• Dichromate ou permanganate • Distillation optionnelle • Stœchiométrie redox

• Teneur en éthanol qualitative ou quantitative

Oxydoréduction et produits de fermentation

5

Dosage des ions métalliques par EDTA — optionnel

• EDTA avec noir ériochrome T • Cibles : Ca²⁺ et Mg²⁺

• Dureté ou concentration en mg/L

Titrage complexométrique

6

Gravimétrie des sels résiduels

• Précipiter sulfate ou chlorure • Filtrer, sécher et peser • Calculer la teneur initiale

• Masse et pourcentage de l’ion

Solubilité et gravimétrie

7

Spectrophotométrie UV-visible des sucres réducteurs

• DNSA ou réactif de Benedict • Étalonnage avec le glucose • Loi de Beer-Lambert

• Concentration en mg/L ou %

Beer-Lambert et sucres réducteurs

8

Analyse qualitative par CCM

• Migration avec des étalons • Révélation à l’iode ou aux UV • Calcul des Rf

• Composés identifiés • Image du chromatogramme

Principes chromatographiques

9

Contrôle qualité et validation de récupération

• Récupération d’ajouts dosés • Blancs et répétitions • Taux de récupération et écart-type relatif

• Fiche de contrôle avec taux de récupération

Exactitude et fidélité analytiques

10

Traitement final et interprétation

• Regrouper les données • Identifier les corrélations principales • Comparer aux références

• Tableaux et figures provisoires

Analyse et comparaison bibliographique

11

Rapport final et présentation

• Rapport collectif • Affiche ou exposé • Commentaires des pairs et de l’enseignant

• Note finale du projet

Communication scientifique et travail collectif

Chapitre

Titre

Points principaux

1

Fondements de la thermodynamique

• Système et milieu extérieur • Variables et fonctions d’état U, H, S, G • Premier et deuxième principes • Équilibre thermodynamique et réversibilité

2

Énergie libre de Gibbs et équilibre chimique

• Énergie libre ΔG et ΔG°′ • Enthalpie, entropie et spontanéité • Constante d’équilibre et sens de réaction • Couplage réactionnel et transduction énergétique

3

Bioénergétique et transformations énergétiques biologiques

• ATP, monnaie énergétique cellulaire • Composés phosphatés à haute énergie • Couplage énergétique biologique • Transformations énergétiques biologiques

4

Thermodynamique de l’oxydoréduction et métabolisme énergétique microbien

• Réactions et potentiel d’oxydoréduction • Transporteurs et chaînes de transfert d’électrons • Métabolismes énergétiques aérobie et anaérobie

5

Thermodynamique de la croissance microbienne et de la bioconversion

• Énergétique de la croissance • Formation de biomasse et utilisation du substrat • Contraintes thermodynamiques du métabolisme • Efficacité énergétique en fermentation

6

Thermodynamique de la biocatalyse et des bioprocédés industriels

• Réactions catalysées par les enzymes • Faisabilité thermodynamique des bioprocédés • Aspects énergétiques des biotechnologies industrielles • Études de cas d’optimisation

Séance

Titre

Contenu

1

Fondements thermodynamiques

Systèmes, variables d’état, premier et deuxième principes

2

Énergie libre de Gibbs et équilibre chimique

Énergie libre, spontanéité, constantes d’équilibre et couplage réactionnel

3

Bioénergétique

ATP, transformations énergétiques biologiques et couplage énergétique

4

Thermodynamique de l’oxydoréduction

Réactions rédox, transporteurs d’électrons et métabolisme énergétique microbien

5

Énergétique de la croissance microbienne

Rendement en biomasse, utilisation du substrat et contraintes thermodynamiques de croissance

6

Thermodynamique des bioprocédés

Efficacité énergétique, énergétique de fermentation et applications industrielles

7

Résolution de problèmes intégrés

Application des principes aux systèmes microbiens et enzymatiques

8

Révision et études de cas

Intégration des concepts au moyen de cas biotechnologiques

Unité

Intitulé

Thèmes principaux

1

Qu’est-ce que l’ingénierie ?

• Définitions et démarche de résolution de problèmes en ingénierie • Différences entre sciences, technologie et ingénierie • Disciplines de l’ingénierie au XXIe siècle • Responsabilité de l’ingénieur envers la société

2

Le rôle de l’ingénieur en génie enzymatique et en bioprocédés

• Fonctions des ingénieurs en génie enzymatique et en bioprocédés • Secteurs industriels : alimentation, pharmacie, bioénergie et environnement • Exemples concrets et études de cas • Intervention d’un professionnel ou analyse documentaire, facultative

3

Devenir ingénieur : état d’esprit et outils

• Pensée systémique et conception de procédés • Innovation et créativité sous contraintes • Outils modernes : croquis, modélisation et planification de projets • Habitudes de l’ingénieur : curiosité, rigueur et résilience

4

Feuille de route du cursus de génie enzymatique

• Structure de la spécialisation sur trois ans • Concepts et compétences clés par semestre • Intégration des modules scientifiques et d’ingénierie • Planification du parcours académique personnel

5

Éthique, responsabilité et durabilité

• Codes de déontologie des ingénieurs • Ingénierie et objectifs de développement durable des Nations unies • Étude de cas : utilisation d’enzymes dans des procédés durables • Éthique personnelle dans la recherche et l’industrie

6

Compétences professionnelles et développement de carrière

• Types de fonctions : R&D, production, qualité, affaires réglementaires et entrepreneuriat • Communication technique : rapports, présentations et travail en équipe • Aperçu du marché de l’emploi, stages et réseaux professionnels • Construction d’un plan de développement personnel

7

Carrières industrielles des ingénieurs en génie enzymatique

• Recherche et développement • Procédés et production • Ingénierie d’application et assistance technique • Formulation et développement de produits • Qualité et affaires réglementaires • Activités commerciales, ventes et stratégie • Innovation et entrepreneuriat

8

Travailler avec d’autres ingénieurs dans l’industrie

• Organisation des équipes d’ingénierie dans les industries de bioprocédés • Rôles des ingénieurs en mécanique, électricité, automatisation, environnement et qualité • Exemples de collaboration entre fonctions : installation d’un fermenteur, changement d’échelle • Communication et dynamique d’équipe

10

Projet personnel : « Mon parcours d’ingénieur »

• Réflexion guidée sur les valeurs, les objectifs et les motivations • Cartographie du parcours professionnel futur • Rédaction d’une déclaration d’identité professionnelle • Présentation orale et retours des pairs

Séance

Thème scientifique

Activités

Objectif linguistique

1

Introduction à la communication scientifique

• Activités de prise de contact • Se présenter comme étudiant en sciences

Vocabulaire : présentation universitaire, études et objectifs Grammaire : présent simple, « I study », « I am interested in... » Fonction : se présenter

2

Bases des systèmes biologiques

• Vocabulaire des cellules, de l’ADN et des enzymes • Prononciation

Vocabulaire : termes biologiques fondamentaux Grammaire : noms et adjectifs, « cellular structure », « genetic material » Fonction : décrire des concepts

3

Compréhension orale scientifique 1 : sciences de la vie

• Visionner un extrait TED-Ed/BBC • Repérer le sens général et les mots clés

Écoute : identifier les idées principales Vocabulaire : sciences de la vie Grammaire : prétérit pour évoquer les découvertes

4

Décrire des processus biologiques

• Décrire un processus simple, comme la photosynthèse ou la fermentation

Vocabulaire : verbes de processus, « absorb », « convert », « release » Grammaire : voix passive, « Glucose is produced by... » Fonction : décrire des mécanismes

5

Compréhension orale scientifique 2 : innovations en ingénierie biologique

• Écouter un court récit d’innovation • Résumer et discuter

Écoute : reconnaître les termes techniques Vocabulaire : biotechnologie et innovation Grammaire : auxiliaires modaux, « can », « could »

6

Anglais fonctionnel : questionner et expliquer en sciences

• Demander des précisions • Donner des explications scientifiques simples

Vocabulaire : expliquer, « This means that... » Grammaire : formes interrogatives, « What does it do? », « How does it work? » Fonction : clarifier et expliquer

7

Mini-exposé 1 : concept biologique simple

• Préparer et présenter un exposé de 2 minutes sur un terme ou processus biologique

Vocabulaire : processus, « grow », « transform » Grammaire : connecteurs, « first », « then », « finally » Fonction : présenter clairement les idées

8

Présenter des données scientifiques

• Décrire des graphiques, tableaux et résultats expérimentaux simples

Vocabulaire : tendances, « increase », « decrease », « stable » Grammaire : comparatifs et superlatifs, « higher », « more significant » Fonction : interpréter les données

9

Compréhension orale scientifique 3 : applications environnementales

• Écouter un bref exposé, par exemple sur les biocarburants ou la durabilité • Extraire les arguments principaux

Écoute : suivre l’argumentation Vocabulaire : environnement et technologies vertes Grammaire : cause et conséquence, « due to », « as a result »

10

Mini-exposé 2 : résumé d’une actualité scientifique

• Présenter une actualité récente choisie avec l’enseignant

Vocabulaire : rapporter une actualité, « recently discovered », « researchers found » Grammaire : temps du passé et discours rapporté

11

Atelier de préparation finale

• S’entraîner à présenter • Prononciation, fluidité et enchaînements

Vocabulaire : transitions, « however », « moreover » Grammaire : phrases complexes pour argumenter Fonction : organiser un exposé

12

Épreuve orale finale

• Examen oral : exposé individuel sur un sujet simple d’ingénierie biologique, suivi de questions-réponses

Évaluation : aisance, richesse lexicale, structure, prononciation et clarté scientifique

Chapitre

Titre

Points principaux

1

Introduction aux transferts en bioprocédés

• Importance dans les procédés enzymatiques et microbiens • Génie des bioprocédés et bioséparations • Liens avec thermodynamique et bilans • Conception des réacteurs et procédés

2

Mécanismes de transfert thermique

• Conduction, convection et rayonnement • Conductivité, diffusivité et chaleur spécifique • Matériaux et fluides biologiques • Résistance thermique

3

Conduction

• Loi de Fourier • Conduction permanente unidimensionnelle : paroi, cylindre, sphère • Parois composites et isolation • Transitoire : modèle à capacité concentrée

4

Convection thermique

• Loi de Newton • Convection naturelle et forcée • Reynolds, Prandtl et Nusselt • Corrélations • Bioréacteurs et refroidissement

5

Échangeurs de chaleur

• Calandre-tubes, plaques et double tube • Coefficient global U • Différence de température moyenne logarithmique, DTML/LMTD • Méthode efficacité–NTU • Stérilisation des milieux et régulation thermique

6

Bases du transfert de matière

• Diffusion moléculaire et convection • Première et deuxième lois de Fick • Coefficients de diffusion • Analogies chaleur/matière

7

Transfert convectif de matière

• Théorie du film et résistances • Coefficients de transfert • Sherwood, Schmidt et Reynolds • Systèmes gaz–liquide et solide–liquide

8

Transferts dans les équipements

• Principes gaz–liquide • Oxygène en fermentation : kLa, aération, agitation • Ultrafiltration, nanofiltration et osmose inverse • Extraction solide–liquide et récupération enzymatique • Limitations au changement d’échelle

9

Transferts dans les opérations unitaires

• Séchage des enzymes, biomasses et probiotiques • Lyophilisation et atomisation • Évaporation et diffusion d’humidité • Stérilisation et nettoyage en place, NEP/CIP

Séance

Thème

Activités

Pertinence

1

Introduction et cartographie

• Réflexion sur les transferts • Annoter un fermenteur ou séchoir par atomisation

Mobiliser les acquis et les relier au réel

2

Conduction permanente dans les parois

• Pertes à travers métal et isolant • Comparer les isolants

Conception des fermenteurs et cuves

3

Conduction transitoire et inactivation enzymatique

• Modéliser le chauffage transitoire • Relier aux courbes de dénaturation

Stockage et traitement thermique

4

Convection forcée

• Calculer h • Comparer double enveloppe et serpentin

Régulation thermique

5

Dimensionnement d’échangeur

• Concevoir un échangeur à plaques • Comparer co-courant et contre-courant

Stérilisation et refroidissement

6

Diffusion membranaire

• Diffusion du glucose à travers une membrane de dialyse • Temps d’équilibre

Encapsulation et immobilisation cellulaire

7

Transfert d’oxygène

• Estimer kLa • Équilibrer apport et demande microbienne

Fermentations aérobies

8

Transfert dans les enzymes immobilisées

• Résistance des matrices poreuses • Effets internes et externes

Conception du réacteur et rendement

9

Convection et extraction

• Extraction aqueuse d’amylase • Optimiser l’agitation

Récupération des bioactifs et enzymes

10

Transferts au séchage

• Temps de séchage des poudres enzymatiques • Facteurs de stabilité

Poudres enzymatiques et probiotiques

11

Cas d’optimisation

• Défaillance ou inefficacité en atomisation ou refroidissement • Améliorer la conception

Résolution de problèmes et coûts

12

Révision et préparation

• Problèmes de diffusion, échangeur et séchage • Consolidation et questions-réponses

Préparation à l’évaluation finale

Chapitre

Intitulé

Thèmes clés

Exemples en génie biologique

1

Introduction aux plans d’expériences

• Principes et objectifs des plans d’expériences DoE • Variables expérimentales et réponses • Erreur expérimentale, répétition, randomisation et mise en blocs • Un facteur à la fois OFAT comparé aux plans d’expériences • Introduction à l’ANOVA

• Effet du pH sur l’activité enzymatique • Comparaison de souches microbiennes pour la production d’enzymes

2

Plans factoriels

• Plans factoriels complets • Effets principaux et interactions • Plans factoriels fractionnaires • Confusion des effets et résolution des plans • Plans de criblage, notamment Plackett–Burman

• Criblage des paramètres de fermentation influençant la production d’enzymes • Identification des facteurs critiques d’optimisation des bioprocédés

3

Surfaces de réponse et optimisation des procédés

• Méthodologie des surfaces de réponse RSM • Plan composite centré CCD • Plan de Box–Behnken BBD • Modèles de régression • Optimisation des réponses et fonctions de désirabilité • Validation des modèles

• Optimisation des conditions de production enzymatique • Optimisation des milieux de fermentation et des conditions opératoires

4

Plans avancés et applications industrielles

• Plans de mélanges • Aperçu des plans en parcelles divisées et des plans emboîtés • Conception robuste des procédés, méthodes de Taguchi • Applications industrielles • Introduction à R, Design-Expert, JMP et Minitab

• Optimisation de formulations enzymatiques • Études de changement d’échelle et optimisation industrielle des bioprocédés

Élément

Détails

Titre du projet

Conception et optimisation de la production enzymatique par plans d’expériences

Livrables

• Résultats expérimentaux de toutes les phases • Rapports d’analyse avec sorties Excel ou R • Présentation orale collective • Rapport final écrit

Calendrier

6 séances de TP de 3 heures chacune

Séance

Axe

Activités

Résultats attendus

TP 1

Introduction et expérience à un facteur

• Choisir une variable clé, par exemple température, pH ou source de carbone • Réaliser une étude à une variable à la fois OVAT • Tracer l’activité enzymatique en fonction de la variable

• Courbe OVAT • Identification des tendances et premières hypothèses

TP 2

Plan factoriel complet 2² ou 2³

• Choisir deux ou trois facteurs majeurs • Construire une matrice factorielle complète • Réaliser les expériences • Tracer les effets principaux et les interactions

• Données du plan factoriel • Interprétation des effets principaux et interactions

TP 3

Plans de criblage de Plackett–Burman

• Appliquer un plan de Plackett–Burman • Cribler plusieurs composants du milieu, par exemple source d’azote, sels et minéraux • Effectuer une analyse statistique élémentaire

• Identification des facteurs les plus influents • Recommandation d’une étude d’optimisation

TP 4

Plan de surface de réponse CCD ou BBD

• Utiliser deux ou trois facteurs clés pour concevoir un plan CCD ou BBD • Collecter les réponses • Analyser avec R, package rsm, ou Design-Expert

• Modèle de surface de réponse • Courbes de niveau et graphiques 3D • Résultats d’optimisation

TP 5

Validation du modèle et analyse des résidus

• Réaliser des expériences de confirmation • Analyser les résidus et l’ajustement : normalité, homoscédasticité • Calculer R², R² ajusté, PRESS, etc.

• Rapport de validation du modèle • Conditions optimisées finales

TP 6

Rapport et présentation finale

• Préparer et présenter un poster scientifique ou un exposé • Défendre les choix de conception, les résultats et l’optimisation • Relecture entre groupes

• Présentation finale par diapositives ou poster • Rapport final structuré comme un article : introduction, méthodes, résultats, discussion

Chapitre

Titre

Points principaux

1

Introduction à l’immobilisation

• Importance industrielle et environnementale • Systèmes libres et immobilisés : avantages et limites • Enzymes et cellules immobilisées

2

Méthodes d’immobilisation

• Méthodes physiques • Méthodes chimiques • Stratégies combinées • Sélection de la méthode

3

Supports et porteurs

• Matériaux organiques, inorganiques et synthétiques • Propriétés physicochimiques • Critères de sélection

4

Cinétique et transfert de matière dans les systèmes immobilisés

5

Immobilisation des cellules microbiennes

• Avantages des cellules entières • Comparaison aux cellules libres • Inclusion et encapsulation • Éthanol et bioremédiation

6

Conception et intégration des bioréacteurs

• Réacteurs discontinus, lits fixes, lits fluidisés et membranes • Temps de séjour et sélection • Stabilité et réutilisation • Changement d’échelle et productivité • Intégration et traitement en aval

7

Applications industrielles et cas

• Isomérisation du glucose par glucose isomérase immobilisée • Bioéthanol par levures immobilisées • Décoloration par laccase immobilisée • Biocapteurs, nanosupports et supports 3D

Élément

Détails

Titre du mini-projet

Conception, immobilisation et évaluation comparées de systèmes enzymatiques par méthodes physiques et chimiques

Enzyme ou système

Choix du comité de coordination : α-amylase, lipase, laccase ou cellules de levure, par exemple.

Livrables

• Données expérimentales par méthode • Analyse comparative • Poster collectif et exposé oral • Rapport écrit

Séance

Thème

Activités

Résultats attendus

1

Introduction et préparation

• Comparaison physique/chimique • Préparation par : – Adsorption – Inclusion, par exemple billes d’alginate – Microencapsulation dans les liposomes – Agrégats enzymatiques réticulés CLEA

• Quatre méthodes proposées ; chaque équipe en tire une au sort et l’étudie durant le projet.

2

Rendement d’immobilisation et activité initiale

• Activité libre/immobilisée • Efficacité d’immobilisation en % • Reproductibilité en triplicat

• Tableau des rendements • Graphiques d’activité initiale

3

Cinétique : affinité apparente, Km et Vmax

• Mesures par méthode • Paramètres apparents • Lineweaver–Burk ou ajustements non linéaires

• Km et Vmax libres/immobilisés • Interprétation des modifications cinétiques

4

Stabilité opérationnelle et réutilisation

• Réactions discontinues répétées • Activité résiduelle après chaque cycle • Fuite d’enzyme ou perte d’activité

• Courbes de réutilisation • Comparaison de stabilité

5

Transfert de matière et microenvironnement

• Effet de l’agitation ou de la matrice • Estimation des limitations diffusionnelles • Effets des liposomes et CLEA

• Activité selon agitation ou matrice • Hypothèses stériques et diffusionnelles

6

Analyse comparative, rapport et présentations

• Comparer avantages et limites • Préparer et présenter poster ou exposé • Remettre le rapport scientifique

• Tableau comparatif et conclusions • Présentation réalisée • Rapport remis

Chapitre

Titre

Points principaux

1

Introduction à la génétique microbienne

• Importance et histoire • Génomes bactériens, archéens et eucaryotes microbiens

2

Organisation du génome bactérien

• Structure et topologie chromosomiques • Plasmides : structure, classification, réplication et propriétés • Éléments mobiles : – Transposons, mécanismes réplicatif et conservatif – Intégrons, structure, cassettes et origines • Arrangement des gènes et opérons

3

Réplication, mutation et réparation bactériennes

• Réplication • Types et conséquences des mutations • Mutagènes et détection • Réparation directe, excision, mésappariements et réponse SOS

4

Transfert horizontal de gènes

• Transformation : compétence naturelle et artificielle • Conjugaison : plasmides F et souches Hfr • Transduction généralisée et spécialisée • Cartographie et recombinaison

5

Expression et régulation

• Transcription et traduction • Opérons lac et trp • Atténuation et antiterminaison • Épigénétique et ARN régulateurs • Inversions et commutateurs régulateurs

6

Génétique de la levure modèle

• Biologie et culture de Saccharomyces cerevisiae • Génome, transcriptome et protéome • Inactivation génique et analyse de tétrades • Complémentation et conversion génique • Génétique mitochondriale

7

Diversité et génétique des archées

• Caractéristiques et écologie • Génome et réplication • Expression génique • Archées d’Asgard et évolution

8

Outils et applications biotechnologiques

• Plasmides, transposons et éléments intégratifs • Édition par CRISPR-Cas • Biologie synthétique et circuits régulateurs • Amélioration de souches

Séance

Thème

Activités

Compétences

1

Génomes microbiens

• Comparer taille, structure et caractéristiques des bactéries, archées et levures • Relier les génomes aux adaptations

• Interprétation des données • Structure génomique

2

Opérons et organisation génique

• Analyser les cartes lac et trp • Prédire l’expression selon les mutations

• Analyse d’opérons • Raisonnement régulateur

3

Éléments génétiques mobiles

• Étudier les insertions de transposons et leurs conséquences • Effets sur régulation et évolution

• Résolution de problèmes • Prédiction génétique

4

Mutations et réparation

• Classer les mutations de séquences données • Associer lésions et réparation directe, mésappariement, excision ou SOS

• Analyse des mutations • Choix du système de réparation

5

Mécanismes de transfert horizontal

• Analyser transformation, conjugaison et transduction • Prédire les résultats

• Compréhension du transfert • Esprit critique sur la mobilité

6

Régulation au-delà des opérons

• Problèmes d’atténuation et d’antiterminaison, dont trp • Analyser ribocommutateurs et petits ARN hypothétiques

• Régulation transcriptionnelle avancée • Contrôle par ARN

7

Génétique de levure et tétrades

• Interpréter la dissection de tétrades et la liaison génétique • Complémentation et conversion génique

• Cartographie classique • Modèle levure

8

Génétique des archées

• Comparer réplication et transcription bactériennes/archéennes • Analyser l’expression des extrêmophiles

• Analyse évolutive et fonctionnelle

9

CRISPR-Cas et édition génomique

• Concevoir une expérience simple : ARN guide, Cas et stratégie • Analyser hors-cibles et éthique

• Compréhension pratique de l’édition • Réflexion éthique

10

Applications biotechnologiques

• Améliorer une souche pour l’éthanol ou la sécrétion enzymatique • Concevoir une démarche élémentaire

• Application aux problèmes réels • Conception expérimentale

Séance

Intitulé

Activités principales

1

Introduction : plan du projet, biosécurité et préparation des tampons

• Présentation du projet et biosécurité • Préparation des tampons et solutions de base

2

Extraction d’ADN génomique par relargage salin

• Extraction par relargage salin • Évaluation de la pureté par le rapport A260/A280

3

Extraction d’ADN génomique sur colonne centrifuge et comparaison des méthodes

• Extraction sur colonne centrifuge • Comparaison du rendement et de la pureté avec le relargage salin

4

Principes de la PCR, choix des amorces et préparation de la réaction

• Principes de la PCR et choix des amorces • Préparation du mélange réactionnel pour les gènes de l’ARNr 16S et de l’α-amylase • Choix et préparation des témoins positifs et négatifs • Bonnes pratiques : prévention des contaminations, pipetage aseptique et embouts filtrants

5

Réalisation de la PCR et résolution des problèmes

• Réalisation de la PCR • Première recherche immédiate des causes en cas de problème

6

Électrophorèse sur gel d’agarose et documentation

• Migration sur gel • Documentation des bandes • Estimation de la taille des fragments

7

Purification des produits de PCR et préparation au séquençage

• Purification par exonucléase/SAP ou kits • Préparation des échantillons pour le séquençage

8

Introduction aux applications de la PCR quantitative — séance théorique

• Brève introduction aux principes de la qPCR et à ses applications industrielles et de recherche

9

Bioinformatique I : qualité des séquences, BLAST et alignement

• Évaluation de la qualité et retrait des régions de faible qualité : aperçu • Export des séquences au format FASTA • Recherches BLAST dans la base NCBI • Récupération de séquences homologues • Alignement multiple simple

10

Bioinformatique II : arbre phylogénétique et qualité des séquences

• Vérification de la qualité des séquences et des chromatogrammes • Construction d’un arbre par la méthode du plus proche voisin (Neighbor-Joining) • Interprétation des relations évolutives et confirmation de l’identification microbienne

11

Atelier de rédaction du rapport

• Structure du rapport • Présentation des données : figures, tableaux et légendes • Mise en forme des références, par exemple avec Zotero

12

Présentations orales des étudiants et retour des pairs

• Présentation orale des résultats • Commentaires des pairs et de l’enseignant

Séance

Intitulé

Activités principales

Résultat attendu

1

Introduction et collecte de biomasse

• Objectifs de l’atelier et biosécurité • Visite agro-industrielle ou réception de résidus fournis • Collecte, documentation et classement des échantillons

Échantillons caractérisés et fiches de prélèvement

2

Préparation de la biomasse et planification du prétraitement

• Séchage et broyage • Détermination de l’humidité • Choix du prétraitement selon le matériau cible

Biomasse préparée et plan de prétraitement

3

Prétraitement et fractionnement

• Prétraitement alcalin, acide ou enzymatique • Séparation des fractions cellulose, hémicellulose, lignine ou amidon • Récupération et lavage des fractions

Fractions de biomasse prétraitées

4

Planification du projet et répartition des équipes

• Attribution des axes : CNC/CNF, PHB/PHA, amidon thermoplastique, CMC, matériaux à base de lignine et composites • Planification expérimentale et organisation du travail • Préparation des réactifs et matériaux

Plan du projet et déroulement expérimental

5

Production de biomatériaux — phase I

• Démarrage des protocoles propres au projet attribué • Préparation de nanocellulose, cultures bactériennes, cellulose modifiée ou précurseurs

Produits intermédiaires

6

Production de biomatériaux — phase II

• Poursuite de l’extraction ou de la synthèse • Préparation de matrices, mélanges polymériques ou formulations précurseurs • Optimisation du procédé

Formulations prêtes pour la mise en forme

7

Mise en forme et fabrication de prototypes

• Coulage de films, moulage ou préparation de gels • Séchage et durcissement • Fabrication de prototypes

Prototypes de biomatériaux

8

Post-traitement et conditionnement des échantillons

• Réticulation ou stabilisation si pertinente • Extraction et purification des biopolymères cibles • Conditionnement avant les essais

Échantillons prêts pour la caractérisation

9

Caractérisation physicochimique

• Épaisseur, masse volumique, humidité, absorption d’eau, gonflement, transparence et solubilité

Données physicochimiques

10

Performances mécaniques et biodégradabilité

• Résistance à la traction, allongement et flexibilité • Évaluation de la biodégradation • Caractérisation structurale optionnelle par MEB ou FTIR si disponibles

Résultats mécaniques et de biodégradation

11

Évaluation du procédé et de la durabilité

• Rendement matière et efficacité du procédé • Bilans de matière • Impact environnemental et faisabilité industrielle

Évaluation du procédé et de la durabilité

12

Présentation finale et rapport scientifique

• Présentation orale ou affiche • Remise du rapport final • Discussion entre pairs et évaluation

Rapport et présentation orale ou affiche

Chapitre

Intitulé

Thèmes principaux

1

Fluides et comportement des écoulements en bioprocédés

• Types de fluides : bouillons, suspensions et gaz • Propriétés : viscosité, masse volumique, tension superficielle et rhéologie • Statique des fluides et pression hydrostatique dans les bioréacteurs • Applications au stockage, aux prises d’échantillons et aux cuves de milieux

2

Conservation de la masse et de l’énergie mécanique

• Continuité et calcul des débits dans les pompes et conduites • Équation de Bernoulli et conservation de l’énergie dans la conception • Applications : siphonnage, sondes de prélèvement et performances des pompes

3

Régimes et mouvement des fluides

• Écoulements laminaires et turbulents dans les bioréacteurs et canalisations • Nombre de Reynolds en fermentation et dans les boucles de circulation • Profils de vitesse dans les milieux de culture • Comportements newtoniens et non newtoniens des bouillons

4

Bilans de quantité de mouvement et pertes de charge

• Bilans sur des enveloppes différentielles et cartographie des écoulements dans les cuves • Pertes par frottement dans les tubes et conduites en acier inoxydable • Pertes singulières : coudes, vannes, diffuseurs et chicanes • Cas : chute de pression dans une boucle de fermentation

5

Écoulement en milieu poreux et transport particulaire

• Lits fixes : colonnes chromatographiques et réacteurs à enzymes immobilisées • Filtration : modules membranaires et filtres en profondeur • Traînée et sédimentation dans les centrifugeuses et décanteurs • Application : récolte de biomasse et clarification des bouillons

6

Conception, mélange, instrumentation et changement d’échelle

• Analyse dimensionnelle pour les similitudes géométrique et dynamique • Critères : nombre de Reynolds, puissance par volume ou vitesse en bout de pale constants • Agitation et mélange : mobiles, schémas d’écoulement, puissance et temps de mélange • Mesure de débit : rotamètres, pression différentielle, débitmètres électromagnétiques et à effet Coriolis • Conception aux échelles pilote et industrielle

TD

Intitulé

Activités principales

1

Estimation des propriétés des bouillons de fermentation

• Calcul de la viscosité, de la masse volumique et de la tension superficielle de bouillons types • Comparaison des comportements newtoniens et non newtoniens

2

Hydrostatique dans les bioréacteurs et cuves de milieux

• Application des équations hydrostatiques • Pression aux prises d’échantillons et au fond des cuves

3

Débit massique et vitesse dans les canalisations

• Calcul des débits massiques et volumiques • Relation entre vitesse, diamètre et propriétés du milieu

4

Applications de Bernoulli aux systèmes de pompage et prélèvement

• Application de l’équation de Bernoulli • Résolution de problèmes de siphonnage et d’écoulement dans les dispositifs de prélèvement

5

Nombre de Reynolds dans les conduites de fermentation

• Calcul des nombres de Reynolds • Identification des régimes laminaires et turbulents dans les fermenteurs et réseaux

6

Profils de vitesse du glucose et de la biomasse dans les réacteurs

• Tracé et interprétation des profils des constituants du bouillon • Conséquences sur le transfert de matière et le mélange

7

Chutes de pression et pertes de charge en recirculation

• Calcul des pertes par frottement et singularités • Analyse d’exemples réels de circuits de fermentation

8

Loi de Darcy et perméabilité des membranes

• Application à la filtration membranaire et en profondeur • Calcul de perméabilité et analyse du risque de colmatage

9

Vitesse de sédimentation de la biomasse microbienne

• Application de la loi de Stokes aux particules microbiennes • Estimation de la sédimentation dans les clarificateurs et centrifugeuses

10

Analyse dimensionnelle et changement d’échelle des bioréacteurs

• Application du théorème π de Buckingham • Détermination de groupes sans dimension : Reynolds, Froude, Weber

11

Corrélations d’écoulement et ajustement de données biologiques

• Ajustement des données expérimentales aux modèles d’écoulement • Analyse des corrélations pour fluides non newtoniens de bioprocédés

12

Cas intégré : quantité de mouvement dans un système bioréacteur-séparation

• Problème associant circulation en fermentation, recirculation et récolte de biomasse • Améliorations de conception et résolution des problèmes

Séance

Intitulé

Activités et contenus principaux

1

Introduction à la bio-innovation

Définition ; innovation en génie enzymatique, diagnostic, alimentation, santé, agriculture et biocatalyse ; différence entre découverte scientifique et innovation.

2

Innovations émergentes en biotechnologie et en génie enzymatique

Enzymes industrielles, chimie verte, transformation alimentaire durable, diagnostic enzymatique, biocapteurs et biocatalyse ; exemples d’applications actuelles.

3

De la recherche à l’application

Niveaux de maturité technologique, preuve de concept, prototype, changement d’échelle, faisabilité technique et limites des résultats de laboratoire.

4

Études de cas d’innovation en biotechnologie

Analyse de produits ou d’entreprises liés aux enzymes ayant réussi : enzymes industrielles, kits de diagnostic, enzymes de transformation alimentaire ou initiatives locales en biotechnologie.

5

Propriété intellectuelle et transfert de technologie

Brevets, protection des inventions liées aux enzymes, transfert de technologie universitaire, licences, entreprises issues de la recherche et collaboration industrielle.

6

Réglementation et certification

Principales voies réglementaires pour les enzymes alimentaires, diagnostiques et industrielles ; sécurité, contrôle qualité et exigences de certification.

7

Écosystème de l’innovation et structures d’appui

• Écosystème de l’innovation en biotechnologie : universités, centres de recherche, industrie et pouvoirs publics • Structures d’appui : incubateurs, accélérateurs, parcs scientifiques et bureaux de transfert de technologie • Financement : subventions de recherche, amorçage, investisseurs providentiels, capital-risque, concours de startups et programmes publics d’innovation • Partenariats université–industrie et recherche collaborative • Voies de commercialisation : licences, entreprises issues de la recherche et création de startups

8

Atelier de mini-projet : concevoir un concept de bio-innovation

• Identifier un problème réel ou un besoin non satisfait dans les biotechnologies, l’alimentation, la santé, l’agriculture ou l’environnement • Identifier les principales parties prenantes et les utilisateurs finaux potentiels • Développer une solution enzymatique ou biotechnologique avec les principes de base de la pensée design • Définir la base scientifique, les bénéfices attendus, la faisabilité technique et la proposition de valeur

9

Accompagnement du projet et validation de l’innovation

• Présenter le concept pour recueillir les retours des pairs et de l’enseignant • Évaluer le besoin du marché et les utilisateurs potentiels par la découverte client • Discuter la faisabilité, la propriété intellectuelle, les aspects réglementaires et les voies de commercialisation • Affiner le concept selon les retours

10

Présentation synthétique de l’innovation

Présentation courte du concept : problème, solution enzymatique, fondement scientifique, application, faisabilité et potentiel de valorisation.

Unité

Intitulé

Thèmes détaillés

1

Pollution et impacts environnementaux industriels

- Types de pollution : air, eau, sol et déchets dangereux - Sources industrielles : fabrication, mines, énergie et agriculture - Pollution et santé des écosystèmes : eutrophisation, pluies acides et émissions de gaz à effet de serre - Pourquoi repenser l’industrie : dégradation de l’environnement, épuisement des ressources et risques mondiaux - Rôle de l’écologie industrielle : boucler les flux, prévenir les déchets et repenser le métabolisme industriel

2

Introduction à l’écologie industrielle

- Définitions et histoire - Des systèmes linéaires aux systèmes circulaires - L’écologie industrielle comme « science de la durabilité »

3

Pensée systémique et métabolisme industriel

- Flux de matières et d’énergie - Métabolisme urbain et métabolisme industriel - Études de cas : écosystèmes urbains et parcs industriels

4

Outils et méthodes de l’écologie industrielle

- Analyse du cycle de vie : concepts et bases - Analyse des flux de matières - Analyses émergétique et exergétique

5

Pensée cycle de vie et évaluation environnementale

- Définition de l’objectif et du périmètre - Analyse de l’inventaire - Évaluation des impacts : empreintes carbone et eau - Interprétation et limites

6

Symbiose industrielle et parcs éco-industriels

- Concept de symbiose industrielle - Exemples : Kalundborg au Danemark et parcs éco-industriels dans le monde - Conception de réseaux symbiotiques

7

Économie circulaire et modèles économiques durables

- Principes de l’économie circulaire - Systèmes produit-service - Biomimétisme et conception du berceau au berceau - Discussion critique : mythes et réalités de la circularité

8

Études de cas et applications

- Industries agroalimentaires - Biotechnologies et bioraffineries - Construction et fabrication

9

Politiques, réglementation et tendances futures

- Politiques favorisant l’écologie industrielle : pacte vert européen et responsabilité élargie du producteur - Avenir de l’écologie industrielle : jumeaux numériques et IA pour la durabilité - Défis et possibilités

Chapitre

Titre

Points principaux

1

Introduction

• Définition du génie enzymatique • De l’agriculture à l’industrie : procédés agroalimentaires • Marché agroalimentaire algérien • Aspects sanitaires et réglementaires • Marché des enzymes alimentaires

2

Production d’enzymes industrielles

• Origines des enzymes • Développement des souches • Fermentation • Traitement en aval

3

Enzymes endogènes et développement des produits alimentaires

• Définition • Rôle dans les transformations alimentaires • Maîtrise des enzymes endogènes • Défis et possibilités d’utilisation

4

Enzymes industrielles et développement des produits alimentaires

• Industrie laitière • Boulangerie • Aliments non fondés sur le blé • Transformation de l’amidon • Produits de la pêche • Viandes • Jus • Huile d’olive • Arômes

5

Enzymes en agriculture

• Amélioration des sols et bioremédiation. • Biopesticides enzymatiques microbiens. • Croissance végétale : absorption des nutriments, dégradation des parois et maîtrise des champignons. • Valorisation des déchets agricoles par biodégradation. • Compostage et recyclage des déchets organiques.

6

Enzymes en alimentation animale

• Suppléments pour la digestibilité protéique et la disponibilité des nutriments. • Cellulases et xylanases pour les fibres. • Phytases pour libérer le phosphore. • Protéases et croissance animale. • Analyse coût-bénéfice de la supplémentation.

Séance

Titre

Secteur

Objectif principal

1

Brunissement enzymatique des fruits et légumes frais découpés

Produits frais

Maîtrise des enzymes endogènes, notamment PPO, mécanismes du brunissement et solutions.

2

Hydrolyser le lactose et améliorer la qualité : innovations chez Milky Way

Industrie laitière

Hydrolyse du lactose, lactase industrielle et défis sensoriels et réglementaires.

3

Améliorer la production industrielle de couscous par les enzymes

Céréales et couscous industriels

Texture, hydratation et valeur nutritionnelle améliorées par les technologies enzymatiques.

4

Valoriser durablement les déchets agro-industriels pour produire des IMO

Ingrédients fonctionnels et économie circulaire

Conversion enzymatique en oligosaccharides prébiotiques et conception durable.

5

Stratégie enzymatique de protection de la tomate

Agriculture et protection des cultures

Éliciteurs ou biopesticides enzymatiques pour stimuler les défenses ou maîtriser les agents pathogènes.

6

Optimiser les suppléments enzymatiques des aliments pour volailles

Alimentation animale

Absorption des nutriments et efficacité de conversion alimentaire.

Chapitre

Titre

Thèmes

1

Réactions et réacteurs de bioprocédés

• Réactions biochimiques/chimiques • Rôle des réacteurs dans la fabrication • Catalyse enzymatique, microbienne et cultures mixtes • Comparaison réacteurs chimiques/bioréacteurs

2

Stœchiométrie et bilans molaires

• Conversion, sélectivité, rendement • Bilans batch, CSTR, PFR • Réactions biochimiques • Substrat limitant/réducteur selon le programme : ces deux notions ne sont pas synonymes

3

Cinétique biochimique

• Michaelis–Menten et inhibition compétitive • Monod et inhibition par substrat/produit • Relations biomasse–substrat–produit, dont Luedeking–Piret • Mortalité et instabilité plasmidique

4

Bioréacteurs idéaux

• Équations batch, CSTR et PFR • Dimensionnement et performances • Temps de passage et vitesse spatiale • Méthodes graphiques et intégration • Associations en série et parallèle • Comparaison des performances

5

Réactions réversibles et multiples

• Biocatalyse réversible • Réactions parallèles et consécutives • Sélectivité par configuration, notamment réacteurs membranaires

6

Types, fonctionnement et changement d’échelle

• Cuve agitée STR, airlift, lit fixe, membranes, photobioréacteurs • Configuration, mélange, aération et transfert d’oxygène • Température, pH, oxygène dissous, agitation, débit d’aération et séjour • Enzymes immobilisées et cellules entières • Fermentation en milieu solide SSF • Maintien du mélange, transfert d’oxygène, évacuation thermique et productivité au changement d’échelle • Choix selon organisme, produit et objectifs

7

Bioréactions hétérogènes et transfert de matière

• Transferts internes et externes • Module de Thiele et facteur d’efficacité • Réduction des limitations diffusives • Enzymes immobilisées et biofilms

8

Méthodes expérimentales et données cinétiques

• Loi de vitesse à partir de données batch • Méthodes intégrales et différentielles • Vitesses initiales et réactif en excès • Planification et prévention des artefacts

TD

Titre

Axe

Activités

1

Bilans molaires

Batch, CSTR et PFR

Bilans de biomasse ; temps pour 90% de conversion ; fermentation discontinue d’éthanol

2

Conversion, rendement et sélectivité

Indicateurs

Coefficients de rendement ; compromis conversion/sélectivité ; acide citrique

3

Cinétique enzymatique et inhibition

Michaelis–Menten

v selon [S], Lineweaver–Burk, Eadie–Hofstee ; Km et Vmax ; inhibition de glucose oxydase

4

Croissance et production

Monod, Luedeking–Piret

Ajustement, µmax, Ks et maintenance ; protéine recombinante chez E. coli

5

Batch et CSTR

Volumes et durées

Dimensionnement batch, comparaison et défi acide lactique

6

PFR et intégration graphique

Dimensionnement graphique

1/(−rA) selon XA ; CSTR associé au PFR ; hydrolyse du lactose par enzyme immobilisée

7

Réactions parallèles et réversibles

Conversion et sélectivité

Synthèse d’antibiotiques, sélectivité maximale et tryptophane

8

Immobilisation et diffusion

Transferts externes/internes

Facteur d’efficacité via Thiele ; taille des particules ; billes enzymatiques

9

Biocatalyse hétérogène et lits fixes

Transfert/réaction en milieu poreux

Vitesse sous limitation interne, productivité et sirop de fructose

10

Estimation cinétique

Vitesse expérimentale

Méthodes intégrales/différentielles, ajustement enzymatique et régression non linéaire

11

Défi collectif de conception

Choix du réacteur

Procédé attribué ; type, taille et performance proposés et justifiés oralement

12

Révision et mini-examen blanc

Intégration

Équations, questions combinées, conversion des unités et interprétation

Chapitre

Intitulé

Thèmes

1

Sciences omiques et organisation du génome

• Concept et évolution : génomique, transcriptomique, protéomique et métabolomique • Biologie des systèmes et analyse intégrative • Génomes procaryotes et eucaryotes • Structure chromosomique et architecture génomique • ADN extrachromosomique : plasmides, mitochondries et chloroplastes • Technologies de production des données

2

Cartographie, séquençage et assemblage

• Cartographies génétique et physique • Marqueurs SNP, SSR et signatures moléculaires • Sanger, NGS et lectures longues • Assemblage : lectures, contigs et échafaudages • Bases génomiques et récupération des séquences • Introduction aux chaînes d’annotation

3

Génomique comparative et fonctionnelle

• Comparaison des génomes et évolution • Régions conservées et variables • Orthologues, paralogues et familles de gènes • Identification microbienne par ARNr 16S et génome complet • Annotation et prédiction des fonctions • Biotechnologie microbienne et amélioration des souches

4

Transcriptomique et expression génique

• Principes • RNA-seq, petits ARN et puces à ADN • RT-PCR et RT-qPCR • Qualité, normalisation et filtrage • Expression différentielle • Enrichissement de groupes de gènes et interprétation des voies

5

Protéomique et fonction des protéines

• Objectifs et difficultés • Extraction et séparation • PAGE bidimensionnelle et focalisation isoélectrique • Spectrométrie de masse : MALDI-TOF et LC-MS/MS • Bases d’identification protéique • Interactions et réseaux protéiques • Découverte d’enzymes et biotechnologie

6

Génomique fonctionnelle et biologie des systèmes

• Relier gènes, transcrits et protéines aux fonctions • Génétique directe et inverse • Inactivation génique et validation fonctionnelle • Réseaux de régulation et voies biologiques • Interactions protéine–ADN et protéine–protéine • Métabolomique, lipidomique et métagénomique

7

Intégration multi-omique et réseaux

• Principes d’intégration • Combinaison des données génomiques, transcriptomiques et protéomiques • Reconstruction des réseaux • Analyse des voies et enrichissements KEGG/GO • Biomarqueurs et signatures moléculaires • Biotechnologie et microbiologie environnementale

8

Intelligence artificielle et apprentissage automatique

• Concepts appliqués aux données biologiques • Prétraitement et sélection de variables • Classification et regroupement des données • Annotation génomique et analyse de séquences assistées par IA • Reconnaissance des profils transcriptomiques • Prédiction de structure et de fonction protéiques • Difficultés et limites de l’IA

TD

Intitulé

Objectif

Activité et outil

1

Applications des approches omiques

Découvrir les approches par une synthèse visuelle.

Travail collaboratif : carte conceptuelle et recherche bibliographique à partir de l’article How ‘omics technologies can drive plant engineering, ecosystem surveillance, human and animal health.

2

Cartographie génomique

Comprendre les bases des cartes génétiques et physiques.

Fiche guidée avec questions et interprétation, à partir de A physical map of the papaya genome with integrated genetic map and genome sequence, Qingyi Yu et al., 2009.

3

Transcriptomique et ARN longs non codants

Introduction à la transcriptomique fonctionnelle et aux lncRNA.

Fiche guidée à partir de Genome-wide differential expression profiling of mRNAs and lncRNAs associated with prolificacy in Hu sheep, Xu Feng et al., 2018.

4

Analyse fonctionnelle avec ShinyGO et STRING

Enrichissement GO/KEGG avec ShinyGO et exploration des interactions protéiques avec STRING.

Fiche guidée avec questions et interprétation à partir d’exercices d’annotation fonctionnelle.

5

Chaîne multi-omique simplifiée — étude de cas

Associer RNA-seq, ShinyGO, STRING, AlphaFold et InterPro dans une interprétation biologique cohérente.

Fiche guidée sur données simulées ou cas réel, par exemple réponse végétale ou animale au stress.

6

IA et apprentissage automatique en analyse omique

Introduction au regroupement, aux réseaux de gènes et à l’apprentissage profond.

Fiche avec Orange ou DeepGO, fondée sur l’article cité AI-assisted prediction of gene-disease associations.

Module

Intitulé

Thèmes

1

Introduction à la bioinformatique et aux bases de données biologiques

• Périmètre et applications de la bioinformatique • Types de données et circulation de l’information biologique • Ressources et bases principales : NCBI, EBI, GenBank, RefSeq, UniProt, PDB, Ensembl • Identifiants de séquences et numéros d’accession • Formats FASTA, FASTQ, GFF, GenBank, BED et VCF • Introduction à la ligne de commande Linux et aux flux de travail bioinformatiques reproductibles

2

Analyse de séquences et recherche de similarité

• Récupération de séquences et interrogation des bases • Alignement par paires, global et local • Alignement multiple • Algorithmes BLAST et interprétation • Motifs de séquence et domaines conservés • Évaluation élémentaire de la qualité des séquences

3

Annotation génomique et analyse fonctionnelle

• Prédiction de gènes et annotation des génomes • Identification des cadres ouverts de lecture (ORF) • Annotation fonctionnelle avec GO, KEGG, InterPro et Pfam • Conception d’amorces et simulation de PCR • Introduction aux navigateurs génomiques

4

Génomique comparative et évolution moléculaire

• Concepts de génomique comparative • Orthologues et paralogues • SNP et variation génomique • Assemblage des génomes : lectures, contigs et échafaudages • Méthodes d’inférence phylogénétique • Évolution moléculaire et modèles de substitution

5

Bioinformatique structurale et applications intégrées

• Prédiction de structure protéique par homologie et par IA • Visualisation des protéines • Prédiction de fonction • Bases d’interactions protéine–ligand et protéine–protéine • Flux intégré de la séquence à l’interprétation biologique • Introduction aux applications en génomique, transcriptomique et protéomique

Séance

Intitulé

Axe de travail

1

Bases de données biologiques

Explorer NCBI, GenBank, RefSeq, UniProt, PDB et Ensembl

2

Récupération de séquences et gestion des fichiers

Télécharger les séquences ; numéros d’accession ; formats FASTA, FASTQ, GFF et GenBank

3

Recherches de similarité avec BLAST

Rechercher et interpréter la similarité de séquences

4

Alignement multiple de séquences

CLUSTAL Omega, MUSCLE et Jalview

5

Conception d’amorces et simulation de PCR

Primer3 et simulation de PCR

6

Annotation génomique

Prédiction et annotation avec RAST, GeneMark et InterPro

7

Annotation fonctionnelle

Enrichissement GO, analyse des voies KEGG et Blast2GO

8

Prédiction de structure protéique

SWISS-MODEL, AlphaFold et PyMOL

9

Génomique comparative

Identifier les orthologues et comparer les génomes

10

Analyse phylogénétique

Construire et interpréter des arbres avec MEGA

11

Navigateurs génomiques et analyse intégrée

UCSC Genome Browser, Ensembl et Geneious ou outils similaires

12

Projet de synthèse en bioinformatique

Flux complet : récupération de séquence → annotation → prédiction fonctionnelle → analyse phylogénétique

Séance

Titre

Axes

1

Ouverture du laboratoire et rappel de sécurité Introduction aux stratégies de purification enzymatique

• Présentation de l’atelier et sécurité • Principes de purification • Rendement, pureté et activité spécifique • Précipitation, dialyse et chromatographie • Tableau de purification : rendement %, facteur de purification, activité spécifique • Moyenne et écart-type des résultats

2

Préparation des solutions et milieux

• Tampons, réactifs et techniques aseptiques

3

Production d’α-amylase par fermentation

• Culture microbienne et production enzymatique

4

Précipitation fractionnée au sulfate d’ammonium

• Concentration et purification partielle d’α-amylase

5

Élimination du sulfate d’ammonium par dialyse

• Dessalage et préparation à la chromatographie

6

Chromatographie d’exclusion stérique et analyse des fractions

• Séparation selon la taille moléculaire, filtration sur gel • Collecte des fractions éluées • Absorbance des protéines à 280 nm, A280 • Repérage des fractions protéiques et enzymatiquement actives • Regroupement des fractions actives pour la suite

7

Chromatographie d’affinité et analyse des fractions

• Interactions spécifiques ligand–protéine • Équilibration de la colonne • Chargement de l’échantillon • Lavage des protéines non liées • Élution de l’enzyme cible • Collecte des fractions • Mesure d’A280 • Repérage des fractions actives • Regroupement pour caractérisation

8

Évaluation de la purification

• Tableau de rendement, pureté et activité spécifique • Moyenne et écart-type des dosages répétés

9

SDS-PAGE et zymogramme

• Analyse électrophorétique de la pureté • Détection de l’activité enzymatique par zymogramme

10

Caractérisation enzymatique

• pH et température optimaux, paramètres de stabilité

11

Analyse cinétique

• Détermination de Km et Vmax • Représentations de Michaelis–Menten et Lineweaver–Burk

12

Évaluation, discussion et clôture

• Analyse collective, sources d’erreur et comparaison bibliographique • Priorité à l’interprétation scientifique, au-delà de la réussite technique

Séance

Intitulé

Axes de travail

1

Ouverture : présentation et consignes de sécurité

• Objectifs, organisation et compétences attendues • Durabilité, bioéconomie circulaire et valorisation des déchets aquatiques • Sécurité, manipulation des échantillons et organisation expérimentale

2

Production de biopeptides à partir de résidus protéiques de poisson

• Hydrolysats obtenus par protéases • Optimisation du rapport enzyme/substrat, de la durée et de la température • Caractérisation : teneur en protéines par Kjeldahl/Bradford, solubilité et rendement d’hydrolyse

3

Valorisation des déchets de crustacés : chitine et chitosane

• Extraction de chitine des carapaces • Désacétylation pour produire le chitosane • Matériaux à base de chitosane : hydrogels ou microcapsules • Production de chito-oligosaccharides par chitinase

4

Évaluation fonctionnelle des molécules bioactives

• Tests antioxydants DPPH et ABTS • Activité antibactérienne par inhibition ou microdilution si disponible • Statistiques : moyenne, écart-type et comparaison

5

Farines de poisson et formulation d’aliments fonctionnels

• Séchage, broyage et évaluation de la qualité des résidus • Formulation enrichie en biopeptides et chito-oligosaccharides • Potentiel d’amélioration nutritionnelle et fonctionnalité

6

Isolement du collagène de sous-produits de poisson

• Extraction du collagène • Rendement d’extraction • Caractérisation de la solubilité, des propriétés de gel et de la stabilité

7

Caractérisation et qualité des produits valorisés

• Comparaison des protéines, dérivés de chitosane et collagène • Analyse FTIR si disponible • Groupes fonctionnels et propriétés structurales • Comparaison des produits et des performances

8

Analyse économique et potentiel de valorisation

• Bilan de matière et rendement • Coûts préliminaires à l’échelle du laboratoire • Analyse SWOT des stratégies • Applications industrielles et débouchés

Séance

Intitulé

Axes principaux

1

Introduction : pourquoi croiser les disciplines ?

Activités de prise de contact. Mini-cours : qu’est-ce que la pensée interdisciplinaire ? Activité : comment les sciences, la technologie, l’art et la société abordent-ils différemment un même problème ? Travail demandé : carnet de curiosité — choisir une question réelle à suivre pendant le cours.

2

Nature et ingénierie : les leçons du biomimétisme

Études de cas : biomimétisme en architecture, dans les matériaux et les technologies. Intervention d’un ingénieur, biologiste ou architecte. Activité de groupe : analyser un phénomène naturel et proposer une application.

3

La science dans l’art et l’art dans la science

Exemples : arts visuels inspirés de découvertes scientifiques, et réciproquement. Atelier : analyser des œuvres et inventions influencées par la pensée scientifique. Discussion : comment l’imagination relie-t-elle science et art ?

4

Innovation sociale et technologie

Études de cas : transformations positives et négatives de la société par la technologie. Débat : la technologie améliore-t-elle toujours la vie ? Atelier : cartographier ses effets sur la société algérienne dans l’éducation, la santé et l’économie.

5

Éthique, innovation et responsabilité

Exploration des technologies émergentes : IA, génie génétique, technologies vertes. Débat : dilemmes éthiques des sciences et technologies modernes. Défi collectif : rédiger un code d’éthique pour les futurs innovateurs.

6

Journée de la pensée interdisciplinaire — organisée par les étudiants

Événement étudiant : mini-conférence ou séance de posters sur la pensée interdisciplinaire. Présentations finales : chaque étudiant ou groupe analyse une question réelle à travers plusieurs disciplines. Réflexion collective : les étudiants animent une discussion sur les liens entre disciplines et les difficultés rencontrées. Clôture : création collective d’un mur d’engagements ou d’un manifeste pour l’exploration et l’apprentissage interdisciplinaires tout au long de la vie.

Chapitre

Intitulé

Principaux thèmes

1

Introduction à l’économie biosourcée

- Pourquoi développer une économie biosourcée ? - Les biotechnologies au service de la bioéconomie. - La biomasse comme ressource renouvelable. - Bénéfices environnementaux, économiques et sociétaux de la production biosourcée.

2

Types de produits biosourcés

- Produits chimiques biosourcés. - Matériaux biosourcés. - Énergie issue de ressources biologiques. - Secteurs émergents et innovations.

3

Applications des produits biosourcés

Applications médicales : - Échafaudages poreux pour l’ingénierie tissulaire. - Systèmes d’administration de médicaments. - Matériaux favorisant la cicatrisation. Applications microbiologiques : - Encapsulation de microorganismes : industrie alimentaire, probiotiques. - Emballages alimentaires antimicrobiens. Applications industrielles et matériaux : - Matériaux de construction et composites. - Industries du papier et de l’emballage. - Compost et engrais biosourcés. - Peintures, revêtements, lubrifiants et fluides fonctionnels biosourcés. - Bioplastiques : • État actuel de la production. • Biodégradabilité et recyclabilité. • Applications aux emballages biosourcés.

4

Défis et limites des produits biosourcés

- Coûts et changement d’échelle. - Concurrence avec la production alimentaire. - Contraintes réglementaires et de certification. - Verrous technologiques.

5

Perspectives et innovations

- Bioraffineries de nouvelle génération. - Biologie de synthèse et biosystèmes conçus par ingénierie. - Modèles d’économie circulaire. - Tendances du développement des produits biosourcés et des marchés mondiaux.

Chapitre

Thème

Sous-thèmes

1

Introduction à la programmation

Qu’est-ce qu’un programme ? Langages de programmation ; pourquoi choisir Python en biologie ? Exemples d’applications scientifiques.

2

Installation et prise en main

Installer Anaconda ; écrire son premier script Python ; exécuter des cellules, enregistrer les fichiers et utiliser les commentaires.

3

Variables et types de données

Types primitifs : int, float, str, bool ; tuples, ensembles, listes et dictionnaires ; opérateurs mathématiques et logiques ; expressions et instructions élémentaires (lecture, écriture, affectation).

4

Structures de contrôle

Instructions conditionnelles : if, elif, else ; opérateurs de comparaison.

5

Boucles

Boucles for et while ; instructions break et continue ; parcours de listes.

6

Fonctions

Définir une fonction avec def ; paramètres et valeurs de retour.

7

Gestion des fichiers

Lire et écrire des fichiers .txt et .csv ; méthodes open(), read(), write().

Semaine

Thème

Activités

Livrable

1

Séance d’orientation

Présentation des attentes, panorama des secteurs et conduite professionnelle en visite.

Travail préparatoire à la visite

2

Visite 1 : fabrication biopharmaceutique

Visite d’une usine : fermentation, purification, salles propres et respect des bonnes pratiques de fabrication (BPF/GMP).

Notes de terrain et réflexion sur le site

3

Séminaire : défis du changement d’échelle

Intervention d’ingénieurs procédés sur le passage du laboratoire au pilote puis à l’échelle industrielle.

Court texte réflexif

4

Visite 2 : installation de bioprocédés agro-industriels

Fermentation microbienne, valorisation et bioéconomie.

Notes de terrain et réflexion sur le site

5

Visite 3 : biotechnologies environnementales et valorisation des déchets

Site de valorisation de biodéchets ou de bioremédiation, avec un regard sur la durabilité et l’économie circulaire.

Notes de terrain et analyse de durabilité

6

Séminaire : qualité et affaires réglementaires

Intervention d’un spécialiste assurance/contrôle qualité ou réglementation : BPF, normes ISO, HACCP, etc.

Cartographie d’un système qualité

7

Visite 4 : biotechnologies alimentaires ou industrielles

Ingrédients alimentaires, matériaux biosourcés ou innovation en bioproduits.

Notes de terrain et rapport d’innovation

8

Table ronde métiers : travailler dans les biotechnologies

Échanges avec des ingénieurs, scientifiques et responsables des entreprises visitées.

Réflexion sur les compétences professionnelles

9–10

Préparation du projet collectif

Constitution d’équipes pour synthétiser les acquis dans des rapports thématiques.

Projet de rapport d’enseignements industriels

11

Finalisation du projet

Finalisation du rapport et retours des pairs.

Rapport final d’enseignements industriels

12

Présentations finales

Exposés collectifs résumant les connaissances sectorielles, les réflexions et les recommandations.

Présentation orale et retours des pairs

Chapitre

Titre

Points principaux

1

Introduction au génie enzymatique

- Limites des enzymes naturelles - Panorama des approches - Grandes étapes du développement des enzymes modifiées

2

Conception rationnelle

- Principes et modifications guidées par la structure - Choix des résidus cibles - Ingénierie de stabilité : ponts salins, ponts disulfure, charges de surface - Études de cas

3

Mutagenèse dirigée

- Techniques moléculaires d’introduction des mutations - Conception d’amorces et mutagenèse par PCR - Analyse et vérification des mutants - Expression et purification des variants

4

Évolution dirigée

- Sélection naturelle et mutations itératives - Mutagenèse aléatoire : PCR sujette aux erreurs, souches mutatrices - Recombinaison : brassage de l’ADN, StEP - Criblage à haut débit et sélection

5

Banques semi-rationnelles et intelligentes

- Saturation combinatoire du site actif, CASTing - Mutagenèse par saturation itérative, ISM - Réduction de la taille des banques par bio-informatique - Conception raisonnée des banques combinatoires

6

Outils informatiques en génie enzymatique

- Modélisation par homologie et prédiction structurale - Amarrage et dynamique moléculaires - PyMOL, Rosetta, FoldX et AlphaFold

7

Amélioration des propriétés enzymatiques

- Thermostabilité et tolérance au pH - Spécificité de substrat et énantiosélectivité - Résistance aux solvants et rendement d’expression - Étiquettes de fusion et variants adaptés à l’immobilisation

8

Études de cas et applications

- Enzymes modifiées en biocatalyse, pharmacie, diagnostic et alimentation - Conception pour la chimie verte - Exemples de brevets et de commercialisation

Séance

Titre

Activités principales

1

Conception d’amorces de mutagenèse dirigée

- Planifier des amorces mutagènes. - Concevoir des amorces ciblant des substitutions d’acides aminés.

2

Analyse des structures pour cibler la mutagenèse

- Exploiter les données structurales, notamment les fichiers PDB, pour choisir les résidus clés. - Visualiser les sites actifs, régions flexibles et mutations stabilisatrices.

3

Conception d’une expérience de PCR sujette aux erreurs

- Définir une stratégie de mutagenèse par PCR. - Étudier l’ajustement des conditions, notamment Mn²⁺ et déséquilibre des dNTP, au taux de mutation visé.

4

Planification et évaluation du criblage en évolution dirigée

- Concevoir un plan de criblage ou de sélection. - Définir les critères d’activité, stabilité, spécificité et les stratégies de débit.

5

Utilisation de FoldX ou AlphaFold pour étudier les mutations

- Prédire l’effet des mutations ponctuelles sur la stabilité. - Visualiser les changements structuraux prédits ; une prédiction de structure seule ne démontre pas un changement de stabilité.

6

Alignement et conservation pour cartographier le site actif

- Réaliser des alignements multiples. - Identifier les résidus conservés et variables pour une mutagenèse rationnelle.

7

Études de cas réussis en génie enzymatique

- Analyser des exemples publiés. - Discuter les stratégies, résultats et enseignements.

8

Comparaison cinétique enzyme sauvage/mutante : exercices

- Interpréter Km, Vmax et les constantes de spécificité. - Comparer les enzymes sauvages et modifiées pour évaluer le résultat.

Chapitre

Titre

Points principaux

I

Histoire du génie génétique

- Grandes étapes de la manipulation génétique.

II

Outils enzymatiques du génie génétique

- Enzymes de restriction : mécanisme, sites de reconnaissance, types, nomenclature, méthylation et applications. - Polymérases, ligases, phosphatases et nucléases.

III

Techniques d’hybridation moléculaire

- Principe, Tm et facteurs influents. - Hybridation en phase liquide et solide. - Hybridation in situ, ISH. - Conception et marquage radioactif ou non radioactif des sondes.

IV

Vecteurs du génie génétique

- Concept et propriétés. - Plasmides : générations, préparation et origine de réplication. - Types de phages et usages. - Cosmides, YAC, BAC, vecteurs navettes et viraux.

V

Clonage et expression de protéines recombinantes

- Principes du clonage, clonage par PCR, conception des amorces et choix enzymatique. - Banques génomiques et d’ADNc. - Systèmes d’expression, E. coli et modifications post-traductionnelles. - Cassettes d’expression. - Production de protéines hétérologues.

VI

Organismes génétiquement modifiés

- Transgenèse végétale et animale. - Transfert direct et indirect. - Construction de transgènes. - Applications. - Traçabilité et étiquetage.

VII

Nouvelles techniques de génie génétique

- Principes d’édition du génome. - Nucléases programmables : doigts de zinc, TALENs, CRISPR/Cas9. - Interférence ARN et méthodes émergentes.

Séance

Titre

Activités principales

1

Sites de restriction et cartes de vecteurs

- Analyser les cartes plasmidiques. - Identifier les sites et planifier le clonage.

2

Amorces pour clonage et PCR

- Concevoir les amorces sens et antisens. - Choisir les sites de restriction. - Vérifier Tm et teneur en GC.

3

Clonage in silico avec SnapGene ou Benchling

- Simuler les étapes. - Visualiser les insertions et l’analyse de restriction. - Préparer les fichiers de clonage.

4

Planification de l’expression de protéines recombinantes

- Choisir vecteurs, étiquettes et systèmes d’expression. - Planifier induction et purification. - Considérer les propriétés des hôtes, E. coli ou levure.

5

Conception de gRNA CRISPR et analyse hors cible

- Concevoir avec Benchling ou CHOPCHOP. - Prédire simplement les sites hors cible. - Discuter les critères de qualité des gRNA.

6

Réussites biotechnologiques : cultures Bt, insuline et saumon OGM

- Étudier des projets de génie génétique. - Identifier les méthodes et leurs effets sociétaux.

7

Lecture critique et présentation d’articles récents

- Choisir une publication récente. - Résumer et présenter objectifs, méthodes et résultats. - Développer la communication scientifique.

8

Simulation de Southern blot et conception de sondes

- Planifier et simuler le Southern blot. - Concevoir les sondes. - Discuter spécificité d’hybridation et marquage.

9

Simulation d’une autorisation d’OGM

- Simuler l’évaluation réglementaire, par exemple selon les cadres UE ou USDA. - Identifier biosécurité, traçabilité et étiquetage.

10

Questions éthiques en génie génétique : nouveau TD

- Analyser des cas réels ou hypothétiques : édition humaine, étiquetage des OGM, risques pour la biodiversité. - Discussion collective et décision éthique.

11

Projet collectif final : proposition d’application

- Proposer un projet OGM, thérapeutique ou industriel. - Préparer un poster. - Soutenir le projet devant les pairs.

Chapitre

Titre

Points principaux

1

Importance des enzymes en biotechnologie industrielle

- Principes et avantages. - Spécificité, conditions douces et bénéfices environnementaux. - Comparaison aux procédés chimiques traditionnels.

2

Applications pharmaceutiques

- Production enzymatique de composés pharmaceutiques : • Antibiotiques : 6-APA, modification des céphalosporines, synthèse de gramicidine. • Stéroïdes : hydroxylation, déshydrogénation et coupure de chaîne latérale. - Exemples industriels et optimisation.

3

Applications en chimie fine

- Production d’acides aminés et organiques : • L-lysine, L-tryptophane, L-DOPA, L-phénylalanine et L-citrulline. • Acides gluconique, malique et tartrique. - Synthèse de spécialités, notamment acrylamide et dérivés nucléotidiques.

4

Applications alimentaires et boissons

- Production enzymatique : • Édulcorants : glucose isomérase et sirops riches en fructose. • Hydrolyse du saccharose par l’invertase. • Cyclodextrines. • L-sorbose pour la synthèse de vitamine C. - Amélioration de l’efficacité des transformations.

5

Enzymes dans le textile

- Applications : • Biopolissage par cellulases. • Finition du denim et délavage enzymatique. • Désencollage enzymatique de l’amidon. - Avantages environnementaux et défis industriels.

6

Enzymes dans les détergents

- Rôles : • Protéases, amylases, lipases et cellulases pour lessive et vaisselle. • Stabilité selon pH et température. - Défis de formulation et innovations.

7

Enzymes en cosmétique

- Usages émergents : • Exfoliation enzymatique, papaïne ou bromélaïne. • Synthèse de composés bioactifs. • Stabilité et délivrance. - Innovation cosmétique biotechnologique.

N°

Étude de cas

Description

1

Approche scientifique fondée sur le risque en biocatalyse pharmaceutique

Intégration sûre et efficace des enzymes dans la fabrication des principes actifs, par une évaluation scientifique des risques pour la sécurité du patient et la qualité.

2

Analyse du cycle de vie des enzymes pharmaceutiques

Impacts du berceau à la sortie d’usine : énergie, matières premières, déchets et estimation modulaire des inventaires de cycle de vie.

3

Production d’acide 7-aminocéphalosporanique, 7-ACA ; Biochemie, Allemagne/Autriche

Stratégies enzymatiques et fermentaires à grande échelle pour cet intermédiaire des céphalosporines, innovations et difficultés.

4

Production biotechnologique de céfalexine ; DSM, Pays-Bas

Procédé enzymatique industriel de céfalexine semi-synthétique, propriétés par rapport aux céphalosporines naturelles et intégration fermentation/biocatalyse.

5

Fabrication de riboflavine, vitamine B2 ; Hoffmann-La Roche, Allemagne

Production microbienne comme supplément alimentaire et fourrager ; industrialisation des procédés enzymatiques et fermentaires de vitamines.

6

Bioprocédés de fabrication des acides aminés ; Tanabe, Japon

Développement et industrialisation par enzymes et microorganismes immobilisés ; comparaison des générations de procédés.

7

Fabrication d’acide S-chloropropionique ; Avecia, Royaume-Uni

Production enzymatique d’un intermédiaire chiral S-CPA pour l’agrochimie et la pharmacie ; pureté énantiomérique et réduction des coûts.

8

Production enzymatique d’acrylamide ; Mitsubishi Rayon, Japon

Synthèse industrielle pour les polymères : efficacité, chimie verte et demande industrielle.

9

Conception des formulations et procédés de détergence

Optimisation mathématique simultanée des formulations et de la fabrication, conciliant impact environnemental, coût et acceptation du consommateur.

10

Conception et économie de réacteurs membranaires enzymatiques pour dégrader les antibiotiques

Conception, chiffrage et optimisation de membranes céramiques avec enzymes immobilisées ; durée de vie, cinétique et viabilité économique.

Chapitre

Intitulé

Sujets abordés

1

Introduction au traitement en aval

- Vue d’ensemble des bioprocédés : amont et aval. - Caractéristiques du produit et exigences de pureté. - Classification des opérations : élimination des cellules, capture, purification et finition.

2

Rupture cellulaire et séparation solide-liquide

- Méthodes mécaniques et non mécaniques de rupture cellulaire. - Filtration et microfiltration. - Centrifugation discontinue et continue.

3

Extraction et précipitation

- Principes de l’extraction par solvant. - Systèmes aqueux biphasiques. - Précipitation des protéines et enzymes, par exemple au sulfate d’ammonium.

4

Adsorption et séparation chromatographique

- Principes de l’adsorption : isothermes et adsorption discontinue. - Chromatographies d’échange d’ions, d’affinité, d’exclusion stérique et d’interaction hydrophobe. - Conception des colonnes, changement d’échelle et analyse des courbes de percée.

5

Séparations membranaires

- Principes de l’ultrafiltration et de la nanofiltration. - Applications de l’osmose inverse et de la dialyse. - Colmatage membranaire, nettoyage et considérations de conception.

6

Séchage et formulation

- Lyophilisation et séchage par atomisation. - Granulation par pulvérisation et séchage en lit fluidisé. - Stabilisation, formulation, encapsulation et libération contrôlée du produit.

7

Intégration des procédés et études de cas

- Stratégies d’intégration des opérations unitaires. - Modélisation et principes élémentaires de simulation. - Exemples industriels : enzymes, antibiotiques et peptides bioactifs.

8

Coût, durabilité et réglementation

- Bilans de matière : rendement, débit de production et efficacité économique. - Impact environnemental et gestion des déchets. - Conformité aux bonnes pratiques de fabrication actuelles des bioproduits (cGMP).

TD

Sujet

Activités principales

1

Conception d’une étape de centrifugation

- Calcul du dimensionnement requis pour récolter des cellules microbiennes. - Analyse de la sédimentation et des paramètres de performance : accélération centrifuge relative et débit.

2

Élaboration d’un schéma de purification des protéines

- Conception d’un schéma complet selon les propriétés du produit : masse moléculaire, stabilité et charge. - Choix des opérations : séparation, capture, purification et finition.

3

Estimation du rendement et du facteur de purification

- Bilans de matière sur les étapes successives. - Calcul du rendement, du facteur de purification et du taux de récupération. - Identification des goulots d’étranglement.

4

Dimensionnement d’une colonne et analyse de percée

- Calcul du volume de colonne selon la charge de produit. - Interprétation des courbes de percée pour choisir la résine et optimiser la colonne. - Compréhension des profils de chargement, lavage et élution.

5

Comparaison des séchages pour produits enzymatiques

- Comparaison de la lyophilisation, de l’atomisation et du lit fluidisé pour une enzyme sensible. - Évaluation des effets sur l’activité, le rendement et le coût. - Proposition de stratégies de stabilisation après séchage.

6

Mini-projet : défi de conception du traitement en aval

- Travail en groupes. - Scénario : pour un bioproduit donné (enzyme, protéine ou peptide bioactif), concevoir le traitement complet avec une pureté > 95 %, un rendement > 60 % et un coût maîtrisé. - Livrables : schéma, bilan de matière, justification technologique et court exposé de 10 minutes ou affiche. - Axes : intégration des opérations, compromis d’optimisation, premiers éléments de coût et repères réglementaires, dont les BPF si applicables.

Semaine

Intitulé de la séance

Activités et axes de travail

Productions attendues

1

Introduction et planification du projet

- Présentation des stratégies de clonage et des vecteurs. - Conception des amorces et choix du vecteur et de l’hôte.

Plan du projet : carte de clonage et amorces conçues.

2

Préparation des solutions et des cellules compétentes

- Préparation des milieux et tampons. - Préparation de cellules E. coli DH5α chimiquement compétentes. - Sécurité et techniques aseptiques.

Cellules compétentes prêtes et milieux stériles.

3

Extraction d’ADN génomique et amplification par PCR

- Extraction de l’ADN génomique. - Amplification du gène cible par PCR. - Résolution des problèmes de PCR.

Amplicon vérifié par électrophorèse sur gel.

4

Extraction sur gel et digestion de restriction

- Purification du produit de PCR sur gel. - Digestion de l’insert et du vecteur. - Préparation de la ligation.

ADN purifié prêt pour la ligation.

5

Ligation et transformation

- Mise en place de la ligation. - Transformation d’E. coli DH5α. - Étalement et incubation.

Colonies transformées obtenues.

6

Criblage des recombinants

- Criblage par PCR sur colonie. - Extraction plasmidique par minipréparation. - Vérification par digestion et gel.

Plasmide recombinant confirmé.

7

Transfert dans l’hôte d’expression

- Transformation d’E. coli BL21(DE3). - Essai d’induction à petite échelle. - Vérification par SDS-PAGE.

Premières données d’expression.

8

Optimisation de l’expression

- Essais de concentrations d’IPTG, de températures et de durées d’induction différentes. - Quantification de l’expression par SDS-PAGE et densitométrie si possible.

Conditions d’expression optimisées.

9

Purification de la protéine par chromatographie d’affinité

- Lyse cellulaire. - Purification par affinité, par exemple avec une étiquette His. - Analyse des fractions par SDS-PAGE.

Échantillon de protéine purifiée.

10

Mesure de l’activité enzymatique

- Tests d’activité enzymatique ou de fluorescence. - Calcul de l’activité spécifique et du rendement.

Données d’activité et analyse.

11

Résolution des problèmes et caractérisation finale

- Reprise des étapes critiques si nécessaire. - Discussion de l’efficacité de purification, de l’expression et des limites.

Données expérimentales finalisées.

12

Présentation et évaluation du projet

- Présentation orale ou affiche. - Discussion collective et commentaires. - Remise du rapport écrit final.

Rapport final et soutenance.

Semaine

Intitulé

Activités et axes

1

Introduction aux outils de simulation

- Installation et configuration de COCO Simulator ou DWSIM. - Interface : schémas de procédé et bibliothèque d’opérations. - Saisie des composants, phases et unités.

2

Matières et propriétés

- Définition des matières premières et courants. - Propriétés de l’eau, du glucose et de la biomasse : masse volumique, viscosité, solubilité. - Débits massiques et concentrations.

3

Modélisation des bioréacteurs

- Fermenteur discontinu avec un module générique de réacteur. - Stœchiométrie, par exemple glucose → biomasse + produit. - Rendements, conversion et temps de séjour.

4

Traitement en aval I : filtration et centrifugation

- Séparation solide-liquide : filtration simple et décanteur centrifuge. - Récolte cellulaire après fermentation.

5

Traitement en aval II : extraction et séchage

- Extraction par solvant avec séparateur liquide-liquide. - Séchage simplifié : sécheur à air comme approximation de l’atomisation.

6

Bilans d’énergie et échangeurs

- Chauffage et refroidissement des fermenteurs et sécheurs. - Suivi de la vapeur et de l’eau de refroidissement.

7

Ordonnancement des opérations discontinues

- Simulation avec ordonnancement simplifié et logique de blocs. - Durée des cycles et goulots d’étranglement.

8

Analyse de sensibilité

- Variation de conversion et d’efficacité de séparation. - Impact sur le rendement, le débit de production et l’énergie.

9

Préparation du cas I : configuration

- Choix d’un cas, par exemple acide lactique ou enzymes. - Définition des matières, réactions et unités nécessaires.

10

Préparation du cas II : simulation et résolution

- Construction de schémas complets. - Simulation, résolution des problèmes de convergence et validation des bilans.

11

Production du rapport

- Extraction des bilans de matière, d’énergie et des utilités. - Schémas et estimations technico-économiques.

12

Présentation et commentaires

- Schémas et analyse économique élémentaire. - Retour des pairs et de l’enseignant. - Remise finale du rapport.

Unité

Titre

Thèmes détaillés

1

L’université entrepreneuriale et l’Université 4.0

– Évolution des universités de la version 1.0 à 4.0 – Caractéristiques de l’Université 4.0 – Transformation numérique et intelligence artificielle dans l’enseignement supérieur – Le rôle des universités dans l’économie de la connaissance – Valorisation de la recherche scientifique – Transformation des résultats de recherche en startups – Les universités comme moteurs d’innovation et de développement économique – Exemples internationaux d’universités entrepreneuriales : MIT, Stanford, Cambridge, Tsinghua, NUS, TUM et PSL/Polytechnique.

2

Écosystème de l’entrepreneuriat et de l’innovation en Algérie et à l’université

– Définition de l’écosystème entrepreneurial – Acteurs clés de l’écosystème – Politique algérienne de soutien à l’innovation – Incubateurs et accélérateurs – Fonds d’investissement – Arrêté ministériel 1275 (Startups, micro-entreprises, brevets) – Incubateurs universitaires et centres d’appui technologique – Rôle de l’intelligence artificielle dans l’écosystème – Mise en relation des universités avec le tissu économique.

3

Introduction aux startups et à la méthodologie Lean Startup

– Différence entre entreprises traditionnelles et startups – Concept d’innovation – L’incertitude dans les projets entrepreneuriaux – Origines de l’approche Lean Startup – Principes fondamentaux de la méthodologie – Apprentissage validé – Réduction du gaspillage – Cycle Construire–Mesurer–Apprendre – Comptabilité de l’innovation – Différence entre comptabilité traditionnelle et comptabilité de l’innovation – Mesurer le progrès en situation d’incertitude – Indicateurs d’apprentissage plutôt que de profit.

4

Compréhension du marché et découverte client

– Étapes de la création d’une startup : idée, équipe, prototype, investissement – Méthodologie de Steve Blank – Customer Development : comprendre le marché et le comportement des clients – Identification du problème – Analyse des besoins clients – Entretiens entrepreneuriaux – Construction d’hypothèses – Adéquation problème–solution (Problem–Solution Fit).

5

Business Model Canvas

– Concept du Business Model Canvas – Proposition de valeur – Segments de clientèle – Canaux – Flux de revenus – Structure financière / Structure de coûts.

6

Produit Minimum Viable — MVP

– Concept de MVP – Types de MVP : numérique, expérimental, service, fausse porte (fake-door) – Test des hypothèses – Prototypage rapide – Outils de développement de prototypes – MVP digitaux et industriels – Comment mesurer l’échec le plus rapidement possible.

7

Intelligence artificielle et TRIZ pour l’innovation

– L’intelligence artificielle dans l’entrepreneuriat – Génération d’idées – Analyse de marché – Développement de MVP – Marketing intelligent – Méthodologie TRIZ – Contradictions techniques – Résultat final idéal – Combinaison de l’IA et de TRIZ – Startups de Deep Tech.

8

Mesure, analyse et gestion de l’échec

– KPI — Indicateurs clés de performance – Gestion d’une startup – Pilotage des équipes d’innovation – Concepts de mesure de la croissance dans les startups – Métriques AARRR : méthode de mesure du développement d’une startup en cinq étapes : - Acquisition : Comment atteindre et attirer les clients ? - Activation : L’utilisateur essaie-t-il le produit pour la première fois ? - Rétention : Les utilisateurs reviennent-ils l’utiliser ? - Revenu : Le projet génère-t-il des revenus/profits ? - Recommandation (Referral) : Les utilisateurs recommandent-ils le produit à d’autres ?

9

Pivoter ou persévérer

– Concept de Pivot : changement stratégique partiel ou complet – Concept de Persévérance : poursuivre la direction actuelle – Quand changer de direction ? – Types de Pivot – Indicateurs de décision.

10

Financement, croissance et passage à l’échelle

– Financement initial – Autofinancement / bootstrapping – Investisseurs – Business angels – Capital-risque – Financement participatif (crowdfunding) – Étapes de financement – Growth Hacking – Moteurs de croissance.

Séance

Titre

Contenu

1

Étude de cas : Le MIT et l’université entrepreneuriale

Analyser pourquoi le MIT a réussi à créer des milliers de startups ; identifier la relation entre recherche et innovation ; expliquer le rôle des incubateurs et accélérateurs ; comparer le MIT aux universités algériennes ; proposer un plan pour transformer une université algérienne en Université 4.0.

1

Atelier : Concevoir une Université 4.0 algérienne

Travailler en équipe pour concevoir un centre d’innovation, un incubateur d’entreprises, un accélérateur d’entreprises, un centre d’appui technologique et d’innovation, une filiale et un fonds d’investissement universitaire ; présenter une feuille de route organisationnelle intégrée pour un modèle d’Université 4.0.

2

Étude de cas : Parcours d’une startup algérienne

Sélectionner une startup algérienne ayant obtenu le label startup ; analyser les acteurs qui l’ont soutenue ; identifier ses sources de financement ; cartographier son écosystème ; proposer des mécanismes pour accélérer sa croissance.

2

Atelier : Cartographie de l’écosystème entrepreneurial

Utiliser Miro ou Canvas pour cartographier les acteurs de l’écosystème entrepreneurial algérien : universités, centres de recherche, incubateurs, accélérateurs, investisseurs, banques, entreprises, agences publiques, startups et innovateurs ; montrer les relations entre acteurs et présenter des propositions d’amélioration.

3

Étude de cas : Échec d’une startup technologique

Analyser une startup qui a dépensé des ressources avant de valider le besoin du marché ; identifier les erreurs et les sources de gaspillage ; proposer comment le Lean Startup aurait pu réduire le risque ; concevoir un cycle Construire–Mesurer–Apprendre alternatif.

3

Atelier : Dropbox et validation Lean

Analyser comment Dropbox a validé la demande avant de développer le produit complet ; identifier les hypothèses testées ; comparer le coût de l’expérience au coût du développement complet ; expliquer la valeur d’une validation précoce.

4

Étude de cas : Une plateforme d’intelligence artificielle pour les étudiants

Les étudiants analysent un projet de plateforme d’assistance académique basée sur l’IA. Ils formulent 10 hypothèses, préparent un guide d’entretien, conduisent 20 entretiens sur le terrain et extraient les problèmes réels rencontrés par les étudiants. Le livrable attendu est un énoncé de problème validé, étayé par des preuves d’entretien.

4

Atelier : Entretiens entrepreneuriaux

Les étudiants simulent des entretiens entrepreneuriaux en jouant les rôles d’entrepreneur, de client potentiel et d’investisseur. Ils s’exercent à poser des questions, recueillir des retours et analyser les résultats. Le livrable est un court rapport montrant les hypothèses validées, rejetées et les principaux enseignements clients.

5

Atelier Business Model Canvas

Construire un Business Model Canvas complet pour un projet choisi ; définir la proposition de valeur, les clients, les canaux, les flux de revenus, les partenaires et les coûts ; défendre le modèle devant la classe ou un comité d’évaluation.

6

Étude de cas : Une application de livraison intelligente

Les étudiants analysent un projet d’application de livraison intelligente avec un budget d’équipe limité. Ils conçoivent le MVP au coût le plus bas, identifient les hypothèses critiques à tester, choisissent le type de MVP le plus approprié et définissent des indicateurs clairs de succès et d’échec. Le livrable est un plan de conception de MVP avec des hypothèses testables et des critères d’évaluation.

6

Atelier : Construire un véritable MVP

Les étudiants construisent un premier MVP ou prototype à l’aide d’outils comme Figma, Glide, Bubble ou Canva. Le prototype peut être développé pendant la séance ou à la maison. Le livrable est un prototype fonctionnel ou visuel simple pouvant être utilisé pour des tests clients.

7

Étude de cas : Une startup d’agriculture intelligente

Les étudiants analysent une startup d’agriculture intelligente visant à augmenter la production tout en réduisant la consommation d’eau. Ils identifient la contradiction technique, appliquent les principes TRIZ, utilisent des assistants d’IA générative pour générer des solutions et évaluent les solutions proposées. Le livrable est un ensemble de solutions d’innovation justifiées basées sur l’idéation assistée par IA et le raisonnement TRIZ.

7

Atelier : Sprint d’innovation IA

Un sprint de 90 minutes. Les étudiants utilisent uniquement des outils d’IA pour générer une idée innovante, définir un MVP et construire un modèle d’affaires préliminaire. Le livrable est un court concept d’innovation incluant le problème, la solution proposée, le MVP et la structure du modèle d’affaires.

8

Étude de cas : Une plateforme d’e-learning

Les étudiants analysent une plateforme d’e-learning à l’aide de données de base : 10 000 visites, 1 000 inscriptions, 400 utilisateurs actifs et 40 clients payants. Ils calculent les indicateurs AARRR, identifient le principal goulot d’étranglement, suggèrent des actions d’amélioration et décident si le projet progresse vers l’adéquation produit–marché (Product–Market Fit). Le livrable est un court rapport analytique basé sur les métriques startup.

8

Atelier : Tableau de bord startup

Les étudiants construisent un tableau de bord startup incluant Acquisition, Activation, Rétention, Revenu, Recommandation et Taux de consommation (Burn Rate). Ils interprètent les résultats et expliquent comment le tableau de bord peut guider les décisions. Le livrable est un tableau de bord visuel simple accompagné de commentaires sur la performance, les faiblesses et les actions recommandées.

9

Étude de cas : Instagram — De Burbn à Instagram

Les étudiants analysent la transition de Burbn à Instagram comme un exemple de Pivot. Ils identifient la raison du Pivot, les données qui ont soutenu la décision, les résultats obtenus et les choix stratégiques alternatifs possibles. Le livrable est une courte analyse de cas expliquant pourquoi le Pivot était justifié.

9

Atelier : Simulation de conseil d’administration

Les étudiants analysent un dossier de startup incluant indicateurs de performance, retours clients et données financières. Ils simulent une réunion du conseil d’administration et prennent une décision collective : Pivoter, Persévérer ou Arrêter le projet. Le livrable est une décision stratégique justifiée, étayée par des statistiques, des preuves et des chiffres.

10

Projet semestriel de Startup Lab

Les étudiants développent un projet de startup tout au long du semestre. Le projet comprend : sélection d’un problème réel, conduite de la Découverte Client, préparation d’un Business Model Canvas, conception d’un MVP, utilisation d’outils d’IA et de TRIZ, mesure et analyse des résultats, prise de décision Pivoter/Persévérer, préparation d’un plan de financement et de croissance, et présentation d’un pitch final. Le livrable est un dossier complet de projet startup et une présentation pitch finale.