Comme nous l’avons vu l’extraction solide-liquide à partir d’une matrice végétale dans un extracteur donné fait intervenir différents phénomènes [22] ; qu’il convient d’identifier et dont il faut prédire les interactions :
– les phénomènes de transport caractérisent l’avancée de la matière, solide et liquide, dans l’extracteur des entrées aux sorties respectives. C’est l’hydrodynamique du contacteur. De nombreuses difficultés liées aux comportements des milieux diphasiques peuvent intervenir à ce stade. Du mode de fonctionnement du contacteur dépend aussi la mise en contact (co-courant, courants croisés, contre-courant) ;
– les phénomènes de transfert de matière interviennent au niveau particulaire et peuvent être étudiés indépendamment de l’extracteur, en réacteur batch. Cela comprend la pénétration du solvant dans la matrice végétale et le transfert du soluté vers la phase continue. La matrice végétale présente une microstructure très complexe et les solvants des propriétés chimiques différents, ce qui rend le contact solide-liquide peu prévisible [9].
Les caractéristiques de l’extracteur et les conditions opératoires agissent directement sur les deux phénomènes. Le résultat de l’extraction sera donc lié au contacteur utilisé. Une généralisa- tion est toujours délicate.
De nombreux couplages interviennent entre les différents phénomènes lors de l’extraction solide-liquide. La figure I.15 illustre ces couplages.
Comme cela apparaît sur la figure I.15, il faut s’attendre à ce que la matière végétale agisse sur les deux types de phénomènes à travers des caractéristiques différentes. De plus, l’action du phénomène de transport sur la libération des solutés peut être soit directe à travers le temps de séjour, soit indirecte au travers d’opérations, comme le broyage, qui transforment la structure des particules.
La réponse du procédé en terme de rendement, d’énergie dépend aussi bien du substrat que du contacteur. On ne peut donc pas se passer de l’étude de l’ensemble de ces différents points.
La diversité des technologies disponibles sur le marché traduit bien toute la difficulté qu’il y a à concevoir un procédé suffisamment polyvalent pour être applicable à toutes sortes de substrats végétaux, tant les interactions entre l’appareil et la matière requièrent une attention particulière. Dans tous les cas, la recherche d’un bon rendement dans des conditions économiques acceptables impose une bonne adéquation entre le transfert de matière et l’appareil utilisé.
L’état de l’art sur le transfert de matière montre qu’il dépend grandement du système solvant - substrat végétal. Chaque système a un comportement différent et difficilement prévisible de ma- nière quantitative. Seule une étude peut apporter les informations nécessaires à l’optimisation du processus.
Le passage d’un contacteur discontinu à une opération en continu comporte différentes étapes incontournables. A défaut de pouvoir prétendre aboutir à une technologie unique, comme nous l’avons déjà souligné, le présent travail a néanmoins pour intention d’élaborer une méthodologie suffisamment générale pour qu’elle puisse être transposable à toute sortes de substrats végétaux, de façon à guider de manière optimale le passage des indispensables tests en discontinu au procédé industriel en continu. Ceci correspond bien à une préoccupation de la société Pierre Fabre, Plantes & Industrie à Gaillac. Ainsi, l’objectif est d’arriver à une définition des conditions de fonctionnement du contacteur, c’est à dire :
– le débit de solide,
– les paramètres opératoires du contacteur,
– le débit de liquide et la politique de mise en œuvre.
En nous appuyant sur cette synthèse bibliographique, notre travail de thèse s’est focalisé sur ces trois points. L’étude du transfert de matière nous a permis de faire ressortir les informa- tions essentielles pour définir les systèmes solvant - substrat végétal. Puis, nous avons transposé ces données au sein du contacteur continu préalablement caractérisé. Enfin, cela nous a permis d’établir une démarche simple et rapide pour optimiser le passage du batch au continu.
RELATION MATIERE / SOLVANT
Dans ce chapitre, nous allons nous intéresser à la relation matière/solvant, qui non seulement peut influencer le choix ultérieur de la technologie, mais surtout qui fournit les informations indispensables quant à la cinétique d’extraction et aux conditions opératoires optimales (tempé- rature, choix du solvant, ratio liquide/solide, granulométrie, etc.).
Pour cela, nous abordons dans un premier temps la question de l’analyse des alcaloïdes extraits des feuilles de Vinca. Puis nous évoquerons le problème de la détermination de la teneur initiale de la plante et donc du potentiel extractible. Nous finirons par la présentation des essais batch.
II.1 Analytique
Les échantillons liquides sont analysés par chromatographie en phase liquide à haute perfor- mance (HPLC) afin de déterminer les concentrations en vindoline et catharanthine. La quantité totale de produits extraits, appelée extrait sec (ES), est également mesurée. Les méthodes ont été mises au point par Plantes & Industrie.
II.1.1 Appareils et conditions
L’unité HPLC est constituée de différents éléments : pompe, colonne, détecteur. Leurs carac- téristiques sont décrites ci-dessous.
Instrumentation :
– système Thermo Finnigan (Paris, France), série AS1000XR, – pompe série P1000XR,
– détecteur à UV série UV2000. Colonne :
– colonne : symmetry C18 de chez Waters,
– dimensions : 3, 9 mm × 150 mm.
La phase mobile qui transporte l’échantillon à travers l’appareil est composée de deux éluants, notés ci-dessous. Le mélange est réalisé au niveau de la pompe avant la zone d’injection de l’échan- tillon.
´
Eluant A : 40% volumique Acétonitrile HPLC, ´
Eluant B : 60% volumique Tampon pH = 7,2, préparé à partir de 6,8 g de dihydrogénophos- phate de potassium (KH2P O4) et 1,4 g de pastilles de soude (NaOH) dissous dans 1 L
d’eau ultra-pure.
Les analyses sont réalisées dans les conditions suivantes : – Débit phase mobile : 1,5 mL/min,
– Longueur d’onde : 220 nm,
– Température de la colonne : 30°C, – Volume injecté : 20 µL,
– Durée d’élution : 35 min.
La vindoline a un temps de rétention de 8 min et celui de la catharanthine est de 12 min. Ils sont donc facilement dissociables. Les conditions opératoires permettent d’obtenir des pics fins et distincts. Les aires sous les courbes sont donc aisément calculables par le logiciel ChromQuest.
II.1.2 Courbe de calibration
L’objectif est de créer une courbe standard des solutés afin de relier l’aire obtenue sur le chromatographe à la quantité de soluté contenue dans la solution. On procède par dilution d’une solution concentrée réalisée à partir des cristaux standard fournis par Plantes & Industrie. La solution mère contient 25 mg de vindoline base et 12,5 mg de sulfate de catharanthine (en tenant compte de la pureté des témoins) dissous dans 100 mL de méthanol HPLC. Cette solution est celle utilisée comme témoin lors des analyses.
La figure II.1 représente les courbes d’étalonnage pour les deux solutés. Elles sont linéaires, on peut donc analyser sans difficultés des solutions beaucoup plus diluées que celles du témoin. Il y a une bonne reproductibilité des analyses également, d’après les différentes valeurs obtenues pour la solution mère.
Fig. II.1 – Étalonnage des témoins en dosage HPLC
II.1.3 Protocole d’analyse
La reproductibilité de la méthode et la répétabilité des analyses sont assurées par l’évaluation de la surface des pics des solutions témoins répartis régulièrement entre les échantillons.
Séquence HPLC : – témoin 1 – témoin 2
– essais (jusqu’à 6 échantillons) – témoin 1 pour le calcul de la dérive – essais (jusqu’à 6 échantillons) – témoin 1 pour le calcul de la dérive – etc
On utilise les 2 témoins de début de séquence pour calculer les concentrations dans les essais. Les injections régulière du témoin 1 permettent de mesurer la dérive. On détermine la concen- tration en catharanthine et en vindoline du témoin de dérive à partir des témoins 1 et 2 de début de séquence. Cette dérive est indicative, il n’y a pas de critère d’acceptation. Elle sert à estimer une incertitude sur les résultats rendus.
II.1.4 Extrait sec
La quantité d’extrait sec est mesurée par un dessicateur infra-rouge. Le solvant est entière- ment évaporé, et l’on pèse le poids résiduel. On obtient une masse de produits extraits pour un volume donné.