L’extraction à l’eau en continu en extracteur bi-vis

I.4.1.1.

Utilisations de la technologie bi-vis

Classiquement employée dans le domaine agro-alimentaire pour la cuisson-extrusion des produits amylacés et la texturation des protéines, dans le domaine des matières plastiques pour le mélange par fusion et extrusion de ces dernières, et enfin dans le domaine papetier pour la fabrication de pâtes (Rouilly et al., 2000), la technologie bi-vis a été adaptée par le Laboratoire de Chimie Agroindustrielle au fractionnement de la matière végétale. Par ailleurs, d’autres travaux ont mis en évidence les propriétés de défibrage de résidus lignocellulosiques par la technologie bi-vis en vue de la fabrication de panneaux de fibres, pour la préparation de pâte à papier de plantes annuelles (Manolas et al., 1995; de Choudens and Perrin, 1996; Vandenbossche-Maréchal, 1998; Maréchal and Rigal, 1999), et pour la déstructuration et la

plastification de certains constituants de matières végétales permettant d’obtenir des agromatériaux composites à matrice protéique ou polysaccharidique thermoplastiques ou thermodurcissables (Leyris, 1998; Leyris et al., 1998; Peyrat, 2000; Peyrat et al., 2000; Rouilly, 2002; Jorda, 2003; Geneau, 2006).

Lors de plusieurs travaux menés depuis une vingtaine d’années, la technologie bi-vis a été mise en œuvre pour le fractionnement de matières végétales et la valorisation des agroressources, comme l’illustre le Tableau I-13.

Tableau I-13 : Extractions de composés végétaux en extracteur bi-vis

Matière première Travail effectué en bi-vis Référence

Graines de colza extraction de l’huile Guyomard, 1994 ; Bouvier et Guyomard, 1997

Graines de neem extraction de l’huile Faye, 2010

Graines de tournesol extraction de l’huile Dufaure et al., 1999a et 1999b ; Amalia Kartika et al., 2004a, Isobe et al., 1992 ; Guyomard, 1994 ; Lacaze-Dufaure, 1998, 2004b, 2005a, 2005b et 2006, Evon et al,2007, 2009

Tournesol plante entière extraction de l’huile Evon, 2008

Graines de tournesol estérification des triglycérides Lacaze-Dufaure, 1998

Paille et son de blé extraction de polysaccharides Maréchal, 2001

Paille de blé extraction d’hémicelluloses et de lignine Magro, 1995

Paille et son de blé extraction d’hémicelluloses Zeitoun, 2011

Sorgho extraction d’hémicelluloses Manolas, 1993

Bois de peuplier et sorgho extraction d’hémicelluloses N’Diaye, 1996 Bois de peuplier extraction d’hémicelluloses Prat, 1998, N’Diaye et Rigal, 2000

Pulpe de betterave extraction des pectines Jorda, 2003

Tige et capitule de tournesol extraction des pectines Vandenbossche-Maréchal, 1998 ; Maréchal et Rigal, 1999 Tige et capitule de tournesol estérification des pectines Vandenbossche-Maréchal, 1998

Graines de tournesol extraction des protéines Silvestre et al., 1999 Tournesol plante entière extraction des protéines Evon et al., 2007, Evon, 2008

Luzerne extraction des protéines Colas, 2012

(Isobe et al., 1992; Manolas, 1993; Guyomard, 1994; Magro, 1995; N’Diaye, 1996; Bouvier and Guyomard, 1997; Lacaze-Dufaure, 1998; Prat, 1998; Vandenbossche-Maréchal, 1998; Dufaure et al., 1999a; Dufaure et al., 1999b; Maréchal and Rigal, 1999; Silvestre et al., 1999; N’Diaye and Rigal, 2000; Maréchal, 2001; Amalia Kartika, 2004; Amalia Kartika et al., 2004; Amalia Kartika, 2005; Amalia Kartika et al., 2005, 2006; Evon et al., 2007; Evon, 2008; Evon et al., 2009; Faye, 2010; Zeitoun, 2011; Colas, 2012)

I.4.1.2.

Un réacteur thermo-mécanico-chimique

Un extracteur bi-vis consiste en deux vis parallèles et identiques sans fin tournant en même temps et à la même vitesse dans un fourreau en forme de « huit ouvert » à des températures élevées (Figure I-13).

Puisque les vis et le fourreau sont modulables, la configuration du profil de vis de l’extracteur bi-vis est définie par l’opérateur dans le but de mettre en œuvre trois zones fonctionnelles où s’exercent successivement les opérations élémentaires suivantes (Evon, 2008) :

- Réduction de taille de la matière première par broyage ou défibrage,

- Extraction solide/liquide par injection de liquides et mise en contact sous cisaillement, - Séparation solide/liquide par pressage et filtration du liquide.

Le réacteur bi-vis pourra être assimilé, selon la zone concernée à un convoyeur à vis ou une pompe, un broyeur ou un défibreur, un malaxeur ou un mélangeur, un réacteur sous contrainte, un extracteur solide/liquide, un séparateur liquide-solide (filtre), un sécheur. En effet, l’extracteur bi-vis est souvent qualifié de réacteur thermo-mécano-chimique puisqu’il combine des actions chimiques (introduction de liquides avec ou sans réactifs), thermiques (température modulable du fourreau) et mécaniques (configuration des profils de vis et des modules) en une seule étape (Markessini et al., 1997).

Le temps de séjour du liquide et du solide dans chacune de ces zones est la résultante, d’une part, des débits d’alimentation solide et liquide et de la vitesse de rotation et, d’autre part, du profil de vis et notamment des éléments restrictifs installés dans chaque zone. Il existe des vis de convoyage, à « pas » plus ou moins grands, qui transportent la matière et permettent sa compression et sa détente, des disques malaxeurs, qui donnent lieu à un broyage de la matière et des contre-filets, à pas inverses, qui imposent une restriction au passage de la matière. Le temps de séjour de la matière dans la machine est assez bref : de quelques secondes à plusieurs minutes (N’Diaye and Rigal, 2000; Evon, 2008).

Le procédé d’extraction bi-vis est un procédé en continu à hauts débits qui favorise la pénétration de la solution extractante dans la matière première, libère les extractibles par rupture de la paroi végétale, facilite l’interaction entre les molécules du soluté et du solvant et améliore leur contact par agitation. L’avantage d’un extracteur bi-vis à vis co-pénétrantes est que cette configuration de vis apporte un travail mécanique de la matière important par cisaillement et mélange puisque les vis imposent un espace réduit à la matière (Martelli, 1983). De plus, comme les vis tournent dans le même sens, la matière n’adhère pas aux vis car le mouvement de l’une par rapport à l’autre détache la matière et la transporte, d’où le caractère autonettoyant du procédé. Par ailleurs, le fourreau et les vis sont formés dans un alliage qui permet des opérations abrasives ou corrosives.

Outre la méthode d’extraction et la technologie employée, le choix d’un solvant d’extraction, de par ses propriétés physico-chimiques (polarité, viscosité, etc), est bien évidemment l’un des principaux paramètres conditionnant l’efficacité d’une extraction solide/liquide.