L'industrie pharmaceutique élabore de plus en plus de médicaments à partir de produits biopharmaceutiques synthétisés par des bactéries, des virus ou des cellules de mammifères etc.

L'exploitation et la purification des matières biologiques (enzymes, autres molécules) nécessaires à leur fabrication fait intervenir des procédés de séparation et de filtration, comme la chromatographie, la filtration de virus, la filtration tangentielle et la centrifugation. Toutes ces techniques requièrent l'utilisation de pompes répondant à différents impératifs mécaniques, sanitaires et économiques. Si les pompes à lobes et les pompes péristaltiques sont encore largement utilisées par les fabricants biopharmaceutiques, une technologie émergente, la pompe à diaphragmes quaternaires, offre des performances jusque là inégalées. Explications.

Les pompes à lobes

Ces pompes comportent 2 lobes tournant en sens inverse l'un de l'autre. Leurs mouvements aspirent d'un côté le liquide dans le corps de la pompe puis l'entraînent entre les lobes avant de le refouler en sortie.

Fonctionnement d'une pompe à lobeCrédit photo : Jahobr

Cette technologie présente plusieurs inconvénients pour le pompage des fluides utilisés en biopharmacie :

  • Le patinage des lobes entre eux provoque des phénomènes de cisaillement ou d'écrasement susceptibles de dénaturer le fluide pompé. Ces frottements génèrent également de la chaleur, qui peut provoquer un échauffement préjudiciable au fluide.
  • Le fluide est directement en contact avec des pièces mécaniques internes de la pompe. L’usure des lobes, a fortiori s'il y a eu des épisodes de marche à sec ou avec peu de produit, peut causer des contaminations par les microparticules métalliques arrachées.
  • Enfin, l'assemblage des pièces constitutives de la pompe ne permet pas de garantir une étanchéité -obligation donc d’utiliser des garnitures mécaniques lubrifiées directement par le fluide pompé ou par une source externe- et une stérilité totales.

Fonctionnement d'une pompe à lobeCrédit photo : Jahobr

Les pompes péristaltiques

Dans ces pompes, le fluide progresse pas à pas dans un tube souple, compressé par intermittence par des galets fixés sur un rotor.

Fonctionnement d'une pompe péristaltiqueAuteur : Njmcca / Licence : CC-BY-SA-3.0

Si ces dispositifs ont l'avantage de ne jamais mettre en contact le fluide avec les pièces métalliques de la pompe, ils présentent d'autres inconvénients :

  • De petites quantités de particules provenant de l'écaillage du tuyau peuvent être relarguées dans le fluide. Ces impuretés peuvent contaminer le fluide et obstruer les filtres situés en aval dans le circuit.
  • Le passage des galets sur le tuyau génère des pulsations qui font varier le débit de la pompe.
  • Les gammes de débit et de pression accessibles avec ces dispositifs sont limitées. On ne peut par exemple pas obtenir de pression de refoulement supérieures à 4 bar (58 psi*).

Une solution innovante : les pompes à diaphragme à 4 pistons

La société Quattroflow a développé un dispositif de pompage unique, inspiré du fonctionnement du cœur humain, qui s'affranchit des inconvénients des pompes classiques, à lobes ou péristaltiques. A l'instar du myocarde, cette pompe comporte 4 valves qui laissent passer alternativement le fluide. La circulation du fluide à travers les valves est commandée par le mouvement d'un diaphragme. Ce dernier presse par intermittence sur les valves pour contrôler leur ouverture.

Découvrez en vidéo le fonctionnement d'une pompe à diaphragmes quaternaires :

 

Cette conception révolutionnaire confère aux pompes à diaphragmes à 4 pistons de nombreux avantages:

  • L'absence de pièces mécaniques en rotation sujettes à des frictions limite l'échauffement du fluide.
  • Le confinement du produit pompé est total, sans abrasion ni génération de particules.
  • A l'instar du cœur qui transporte le sang composé de sérum et d'éléments figurés sans le dénaturer, ces pompes ne cisaillent quasiment pas le fluide.
  • Contrairement aux pompes péristaltiques, elles permettent de garantir un débit non pulsatoire, dans une plage de 1 à 20 000 L/heure, pour une pression de 4 ou 6 bar selon les modèles.
  • Enfin, ces installations, qui sont fabriquées en acier inoxydable, si on les destine à des usages multiples, peuvent également être conçues pour des usages uniques. Dans ce cas, on utilise une chambre jetable en polypropylène usiné ou polyéthylène moulé par injection. Cette option, retenue par les industriels qui ont une production diversifiée, permet des gains de temps et d'argent en supprimant les étapes de nettoyage et de stérilisation et les risques de contamination croisée.

Toutes ces caractéristiques en font des outils de choix pour le transport des produits biopharmaceutiques, même les plus fragiles.

* 1 psi correspond à environ 6,89 kPa, soit 68,9 mBar

Pour en savoir plus sur les pompes à diaphragmes, consultez notre livre blanc

Livre blanc sur les pompes à diaphragme