Génération de particules, cristallisation, encapsulation
Imprégnation (matrices et implants polymériques, silices, …)
suite...
Procédés et fluides supercritiques
Les fluides supercritiques (FSC) ou sous critiques ont des propriétés spécifiques qui sont exploitées dans un certain nombre d'applications aussi bien à l'échelle du laboratoire qu'à l'échelle industrielle.
Leur utilisation représente une alternative à l'utilisation des solvants organiques présentant des problèmes de pollution, de toxicité et/ou de sécurité. L'équipe «Procédés et Fluides Supercritiques» met au point et développe des procédés utilisant principalement le dioxyde de carbone supercritique.
Les principaux thèmes de recherche abordés par l'Equipe «Procédés et Fluides Supercritiques» sont :
- Procédés de séparation et de mise en forme utilisant les FSC - Extraction supercritique - Fractionnement supercritique - Génération de particules, cristallisation, encapsulation - Imprégnation (matrices et implants polymériques, silices, …)
- Hydrodynamique et phénomènes de dispersion dans les milieux Haute Pression
- Equilibres de phases dans les milieux Haute Pression
- Autoclaves d'extraction, de cristallisation et d'imprégnation - de quelques mL à plusieurs litres.
- Montage expérimental de cristallisation ou d'encapsulation en milieu supercritique.
- Pilote de fractionnement supercritique
- Autoclave à fenêtre
- Cellules Haute Pression de mesures d'équilibres de phases résistant jusqu'à 700 bar.
Dernières publications de l'équipe
2024
Adil Mouahid, Magalie Claeys-Bruno, Sébastien Clercq. A New Methodology Based on Experimental Design and Sovová’s Broken and Intact Cells Model for the Prediction of Supercritical CO2 Extraction Kinetics. Processes, 2024, 12 (9), pp.1865. ⟨10.3390/pr12091865⟩. ⟨hal-04791947⟩ Plus de détails...
Nowadays, supercritical CO2 extraction is highly regarded in industry, and several studies dealing with scale-up calculations aim to facilitate the transition from small scale to large scale. To complete this transition, it would be interesting to be able to predict supercritical CO2 extraction kinetics, which is the aim of this work. A new methodology based on the association of Sovová’s broken and intact cell model and response surface methodology was developed to predict SC-CO2 extraction kinetics from different biomass (Argan kernels, evening primrose, Punica granatum, Camellia sinensis, and dry paprika) at different operating conditions (200–700 bar, 40–60 °C, 0.14–10 kg/h) inside an operating domain. The absolute average relative deviations between the experimental and predicted data ranged from 1.86 to 29.03%, showing satisfactory reliability of this new methodology.
Adil Mouahid, Magalie Claeys-Bruno, Sébastien Clercq. A New Methodology Based on Experimental Design and Sovová’s Broken and Intact Cells Model for the Prediction of Supercritical CO2 Extraction Kinetics. Processes, 2024, 12 (9), pp.1865. ⟨10.3390/pr12091865⟩. ⟨hal-04791947⟩
Aymeric Fabien, Guillaume Lefebvre, Elisabeth Badens, Brice Calvignac, Damien Chaudanson, et al.. Contact angle of ethanol, water, and their mixtures on stainless steel surfaces in dense carbon dioxide. Journal of Colloid and Interface Science, 2024, 655, pp.535-545. ⟨10.1016/j.jcis.2023.10.163⟩. ⟨hal-04316090⟩ Plus de détails...
Hypothesis Contact angle can be a key parameter in chemical engineering. However, the development and the optimization of numerous processes using supercritical CO2, considered as environmentally friendly, requires new measurements under dense CO2 atmosphere. Besides, the influence of the roughness or the wetting regime on the contact angle is known at ambient conditions but remains to be discussed for systems under high pressure. Experimental Contact angle measurements of ethanol, water, and their mixtures, with ethanol mass fractions ranging from 0.25 to 0.75, on two stainless steels in saturated CO2 at pressures ranging from 0.1 MPa to 15.1 MPa, and at 313 K and 333 K were carried out in a set-up improving mass transfer between the studied liquid and the continuous fluid phase. Stainless steel surfaces have been characterized by atomic force and scanning electron microscopies allowing the application of the Wenzel equation. Findings Ethanol wetted totally both stainless steels while contact angles of all other liquids were increased by the rise of pressure, with contact angles up to 128 ° for water at 15.1 MPa. Trapped bubbles were observed at the solid/liquid interface and the bubble formation is discussed. Furthermore, the potential influence of bubble presence on the wetting regime is prospected through the question: could the pressure rise modify the wetting regime?
Aymeric Fabien, Guillaume Lefebvre, Elisabeth Badens, Brice Calvignac, Damien Chaudanson, et al.. Contact angle of ethanol, water, and their mixtures on stainless steel surfaces in dense carbon dioxide. Journal of Colloid and Interface Science, 2024, 655, pp.535-545. ⟨10.1016/j.jcis.2023.10.163⟩. ⟨hal-04316090⟩
Vénicia Numa, Christelle Crampon, Arnaud Bellon, Adil Mouahid, Elisabeth Badens. Valorization of food side streams by supercritical fluid extraction of compounds of interest from apple pomace. Journal of Supercritical Fluids, 2023, 202, pp.106056. ⟨10.1016/j.supflu.2023.106056⟩. ⟨hal-04294235⟩ Plus de détails...
Supercritical CO2 (scCO2) extraction, a green technology still little applied to side streams, has been used to explore the potential recovery of beneficial compounds from apple pomace, a food industry byproduct. The study examines the potential of scCO2 extraction on freeze-dried and airflow dried apple pomace, using laboratory-scale equipment with varying pressures (200–400 bar), temperatures (35–55 °C) with a fixed CO2 flow rate. Extracts were analyzed through LC-MS and GC-MS, while antioxidant capacity was assessed using the ABTS assay. The results were compared to those from Soxhlet n-hexane extraction. Optimal conditions of 300 bar and 55 °C with freeze-dried apple pomace yielded the highest mass loss. The main compounds identified included glyceryl dilinoleate, linoleic acid, and diacyl glycerol, with significant ursolic acid content. A preliminary higher scale feasibility test under optimal conditions demonstrated promising, duplicable outcomes, supporting prior claim that apple pomace contains valuable ingredients that can be reused in various industrial sectors.
Vénicia Numa, Christelle Crampon, Arnaud Bellon, Adil Mouahid, Elisabeth Badens. Valorization of food side streams by supercritical fluid extraction of compounds of interest from apple pomace. Journal of Supercritical Fluids, 2023, 202, pp.106056. ⟨10.1016/j.supflu.2023.106056⟩. ⟨hal-04294235⟩
Vénicia Numa, Christelle Crampon, Arnaud Bellon, Adil Mouahid, Elisabeth Badens. Valorization of food side streams by supercritical fluid extraction of compounds of interest from apple pomace. Journal of Supercritical Fluids, 2023, 202, pp.106056. ⟨10.1016/j.supflu.2023.106056⟩. ⟨hal-04543465⟩ Plus de détails...
Supercritical CO2 (scCO2) extraction, a green technology still little applied to side streams, has been used to explore the potential recovery of beneficial compounds from apple pomace, a food industry byproduct. The study examines the potential of scCO2 extraction on freeze-dried and airflow dried apple pomace, using laboratory-scale equipment with varying pressures (200–400 bar), temperatures (35–55 °C) with a fixed CO2 flow rate. Extracts were analyzed through LC-MS and GC-MS, while antioxidant capacity was assessed using the ABTS assay. The results were compared to those from Soxhlet n-hexane extraction. Optimal conditions of 300 bar and 55 °C with freeze-dried apple pomace yielded the highest mass loss. The main compounds identified included glyceryl dilinoleate, linoleic acid, and diacyl glycerol, with significant ursolic acid content. A preliminary higher scale feasibility test under optimal conditions demonstrated promising, duplicable outcomes, supporting prior claim that apple pomace contains valuable ingredients that can be reused in various industrial sectors.
Vénicia Numa, Christelle Crampon, Arnaud Bellon, Adil Mouahid, Elisabeth Badens. Valorization of food side streams by supercritical fluid extraction of compounds of interest from apple pomace. Journal of Supercritical Fluids, 2023, 202, pp.106056. ⟨10.1016/j.supflu.2023.106056⟩. ⟨hal-04543465⟩
Alejandra Gutiérez Márquez, Gatien Fleury, Alexandra Dimitriades-Lemaire, Pablo Alvarez, Gregory Santander, et al.. Potential of the worldwide-cultivated cyanobacterium Arthrospira platensis for CO2 mitigation: Impacts of photoperiod lengths and abiotic parameters on yield and efficiency. Bioresource Technology Reports, 2023, 22, pp.101439. ⟨10.1016/j.biteb.2023.101439⟩. ⟨hal-04702177⟩ Plus de détails...
This study reports A. platensis capacity to capture and convert CO2 into biomass. The cyanobacterium was cultivated under controlled conditions with a 5 % v/v CO₂-enriched atmosphere at different photoperiods (light/dark): 12 h/12 h, 20 h/4 h, and 24 h (continuous light). The photoperiod influence on biomass growth and its effect on CO₂ uptake was evaluated by analyzing the supernatant dissolved inorganic carbon and nitrate concentration. The experimental dissolved inorganic carbon values were compared with numerical computations obtained from an established model. While the control without biomass stabilized at 36 ± 1.07 mgC/L of dissolved inorganic carbon, the A. platensis cultures stabilized at 675 ± 44.5 mgC/L on average. These results suggest that the alkalinity induced by photosynthesis and nitrate bio-assimilation enhances CO₂ dissolution in the culture medium. The photoperiod increase from 12 h/12 h to 24 h proved to boost the biomass productivity and CO₂ fixation rate from 0.05 to 0.13 g/L/d and 71.92 to 216.84, respectively.
Alejandra Gutiérez Márquez, Gatien Fleury, Alexandra Dimitriades-Lemaire, Pablo Alvarez, Gregory Santander, et al.. Potential of the worldwide-cultivated cyanobacterium Arthrospira platensis for CO2 mitigation: Impacts of photoperiod lengths and abiotic parameters on yield and efficiency. Bioresource Technology Reports, 2023, 22, pp.101439. ⟨10.1016/j.biteb.2023.101439⟩. ⟨hal-04702177⟩
Mercredi 11 Décembre 2019
- Elaboration de dispositifs médicaux ophtalmiques à libération contrôlée de médicaments par imprégnation supercritique / Soutenance de thèse de Kanjana ONGKASIN
Doctorant : Kanjana ONGKASIN
Date de la soutenance : Mercredi 11 Décembre 2019 à 14h30, amphithéâtre du Cerege - Technopôle de l'Arbois-Méditerranée
Résumé de la thèse :
Les technologies utilisant le CO2 supercritique sont considérées comme
des alternatives écologiques et éco-responsables pour la formulation de
médicaments et le traitement de dispositifs médicaux. Ce travail de
thèse a pour objectif de développer des dispositifs médicaux
ophthalmiques innovants pour prévenir deux complications postopératoires
de la chirurgie de la cataracte, l'endophtalmie et l'opacification de
la capsule postérieure. Parmi d'autres procédés, l'imprégnation
supercritique a été sélectionnée pour incorporer des principes actifs
ophtalmiques dans des implants intraoculaires disponibles dans le
commerce et largement utilisés dans la chirurgie de la cataracte. Une
action ciblée des médicaments avec une libération prolongée directement
dans les zones potentiellement affectées peut être atteinte sans
nécessiter d'interventions médicales supplémentaires.
L'imprégnation supercritique d'implants intraoculaires acryliques
hydrophobes et souples a été étudiée en faisant varier les conditions
opératoires de pression (8 à 25 MPa), de température (308 à 328 K) et de
durée (30 à 240 min). L'influence de l'utilisation de l'éthanol comme
co-solvant a également été évaluée. La cinétique de relargage du
médicament in-vitro a été suivie pour déterminer les taux
d'imprégnation. Afin de rationaliser l'influence des phénomènes
concomitants gouvernant l'imprégnation, les comportements
thermodynamiques des systèmes impliqués, polymère / CO2 et médicament /
CO2, ont été étudiés. L'évolution de la sorption de CO2 dans les
implants intraoculaires et leur gonflement correspondant ont été suivis
en ligne par micro-spectroscopie IRTF, permettant ainsi également de
déterminer le temps nécessaire pour atteindre l'équilibre
thermodynamique de sorption. La solubilité des principes actifs dans le
CO2 supercritique a été mesurée à l'aide d'une méthode analytique
dynamique ou calculée en utilisant des modèles semi-empiriques prenant
en compte la masse volumique de la phase fluide, modèles validés dans la
littérature dans les plages expérimentales de pression et de
température étudiées dans le procédé d'imprégnation. Les coefficients de
partage des principes actifs entre la phase fluide et les implants
intraoculaires ont également été évalués. Des taux d'imprégnation
jusqu'à 1,07 µg.mg-1IOL et 0,74 µg.mg-1IOL ont été obtenus dans les
implants imprégnés respectivement avec la gatifloxacine et le
méthotrexate avec un relargage sur plusieurs semaines. L'implantation
ex-vivo d'implants imprégnés de méthotrexate dans des sacs capsulaires
de donneurs humains ont montré une réduction de fibrose par inhibition
de la transformation épithélio-mésenchymateuse, soulignant le potentiel
clinique des implants intraoculaires à libération continue innovants
développés.
Mots clés : Imprégnation supercritique, Systèmes à libération contrôlée de médicaments, Dispositifs médicaux ophtalmiques, Implants intraoculaires imprégnés, Endophtalmie, Opacification de la capsule postérieure
Jury
Directeur de these
Mme Elisabeth BADENS
Aix-Marseille Université
Directeur de these
Mme Yasmine MASMOUDI
Aix-Marseille Université
Rapporteur
Mme Feral TEMELLI
Université de lAlberta
Rapporteur
M. Casimiro MANTELL
Université de Cádiz
Examinateur
M. Martial SAUCEAU
Ecole des mines dAlbi
Examinateur
M. Thierry TASSAING
Université de Bordeaux
Membres invités : Dr. Michel JULIEN (Green Chem Scientific) et Dr. Arnaud RIGACCI (Mines-Paris Tech)
26 novembre 2018
- Etude des mécanismes de cristallisation en milieu supercritique : Application à des principes actifs pharmaceutiques / Soutenance de thèse Sébastien CLERCQ
Doctorant : Sébastien CLERCQ
Date de la soutenance : Lundi 26 Novembre 2018 à 10h / Grand Amphithéâtre du CEREGE, site de l'Arbois
Résumé de la thèse:
Ce manuscrit présente une étude du procédé Supercritique Anti-Solvant (SAS) en combinant un travail expérimental et une étude de modélisation moléculaire. En comparaison aux méthodes traditionnelles de cristallisation en solution, le procédé SAS permet une baisse significative des quantités de solvants utilisées, un meilleur contrôle des caractéristiques des poudres générées ainsi qu’une plus grande sélectivité polymorphique. De nombreuses études expérimentales ou de modélisation numérique ont permis une meilleure compréhension de ce procédé, mais certains aspects, liés aux mécanismes de cristallisation sous pression, demeurent moins discutés. Par une investigation de ces mécanismes, l’objectif de ce travail a été de développer et de valider des méthodes permettant un meilleur contrôle du faciès des poudres générées et de la forme du polymorphe. De ces caractéristiques dépendent certaines propriétés des cristaux, telles que leur cinétique de dissolution ou encore leur stabilité physique et chimique, particulièrement importante pour le domaine pharmaceutique.
Le travail expérimental a conduit à la recristallisation du sulfathiazole, un soluté polymorphe modèle permettant une étude cristallographique complète grâce à sa faculté de cristalliser sous cinq formes différentes. Il a été micronisé avec succès à partir de différents solvants organiques et pour différentes conditions opératoires. Deux formes ont majoritairement été obtenues. En utilisant l’acétone comme solvant, la forme I (la moins stable) est formée lorsque le débit de solution organique et la sursaturation globale sont élevés. La forme IV (plus stable que la forme I) est formée lorsque les conditions de mélange sont peu intenses, à savoir pour de faibles débits des deux phases et quelles que soient les conditions de sursaturation.
L’étude de modélisation moléculaire a eu pour objectif de prédire le faciès des cristaux en fonction de l’environnement de croissance. Dans un premier temps, les cristaux de sulfathiazole ont été modélisés in vacuo. Ensuite, la nature du milieu de cristallisation a été prise en compte grâce à des simulations d’adsorption des solvants sur les différentes faces du cristal. Il a ainsi été prédit une faible adsorption de l’acétonitrile et du CO2, n’engendrant aucune modification des caractéristiques des cristaux de sulfathiazole, une adsorption significative de l’acétone et du tétrahydrofurane sur certaines faces identifiées, modifiant le faciès des cristaux, et enfin, une adsorption très importante de l’acide acétique sur l’ensemble des faces. Ces résultats ont été validés par l’observation des cristaux obtenus expérimentalement. La cohérence entre les résultats de modélisation et les résultats expérimentaux montre la pertinence de cette approche novatrice pour les milieux supercritiques.
Jury:
Elisabeth BADENSProf. Aix Marseille Université, M2P2 Directrice
Brice CALVIGNAC MC Université d’Anger, MINT Rapporteur
