Soutenance mémoire
L’extraction solide-liquide est une opération très ancienne, rencontrée surtout dans les industries agro-alimentaires, pharmaceutiques et de la parfumerie. La plupart des solides utilisés dans ces industries sont presque des matières végétales. Pour s’assurer de la qualité des procédés à mettre en œuvre, les industries doivent faire des études préliminaires concernant les plantes surtout sur les mécanismes d’extraction des composants d’une matière qu’ils veulent exploiter. Ces études préliminaires peuvent être réalisées en se basant sur des modèles déjà existant. La connaissance des caractéristiques physiques de la matière végétale mène à l’amélioration de la méthode d’extraction qui correspond à une augmentation de la quantité extraite ou rendement dans une industrie de production et apporte une optimisation des conditions expérimentales.
Le but de cette étude est de déterminer les caractéristiques physiques de l’extraction solideliquide de 2 plantes, Salvia coccinea et Syzygium sakalavarum, en utilisant leurs isothermes en fonction des solvants les plus courants. Cette étude a été menée au sein du laboratoire des produits naturels et biotechnologie (LPNB) à Ampasampito.
Synthèse bibliographique
Extraction
L’extraction est une opération de séparation, un procédé de transfert d’un ou plusieurs composants contenus dans leurs phases d’origine vers une autre phase[1]. Elle est l’une des étapes la plus importante des procédés utilisés industriellement comme dans le domaine cosmétique, pharmaceutique, agro-alimentaire, etc. Plusieurs types d’extractions existent mais les plus utilisées, en génie chimique, sont l’extraction liquide-liquide et l’extraction solide liquide .
L’extraction liquide-liquide consiste à extraire un ou plusieurs solutés d’une solution liquide par un solvant d’extraction non miscible avec cette dernière. La solution contenant les solutés s’appelle une solution d’alimentation. Après la séparation du mélange, le reste de la solution contenant les solutés initialement prend le nom du raffinat et le solvant avec les solutés ont pour nom d’extrait .
L’extraction solide-liquide permet d’extraire un ou plusieurs composés contenus dans une phase solide par un solvant, comme le cas des extractions des solutés à partir d’une plante. Le solide épuisé est appelé résidu tandis que la solution contenant le solvant d’extraction et les solutés est l’extrait .
Extraction solide-liquide
L’extraction solide-liquide est une opération unitaire ayant pour but d’extraire, de prélever ou de dissoudre, à l’aide d’un liquide, une ou plusieurs espèces chimiques contenues dans un solide [3]. D’une autre manière, elle est une opération physique de transfert ou d’échange de matière entre la phase solide, contenant le composé à extraire et la phase d’extraction ou la phase liquide [4]. Lors du contact entre le solvant d’extraction et le solide, le composé à extraire est solubilisé et se déplace vers la phase d’extraction. La quantité de soluté dans le solide diminue et celle dans le solvant augmente. Le transfert s’arrête lorsque la concentration dans les deux phases est en équilibre. Dans le cas où le solvant est renouvelé, il continue jusqu’à l’épuisement en soluté du solide [5]. Le composé obtenu lors de l’extraction est appelé extrait ou surverse et le reste du solide appelé résidu ou souverse .
Pour appliquer l’extraction solide-liquide, différentes méthodes peuvent être utilisées comme la lixiviation ou lessivage, la percolation, la décoction, l’infusion, la macération, la digestion et l’élution .
– La percolation est le fait que le solvant très chaud passe sur un lit de solide finement divisé en dissolvant les solutés dans ce solide.
– La décoction est l’extraction des parties solubles d’un solide bouilli dans un liquide.
– L’infusion est une opération dans laquelle le solide est mis dans un liquide chaud proche de l’ébullition pour extraire les constituants utiles. Cette opération est suivie d’un refroidissement.
– La macération est une opération ayant pour but d’extraire les parties solubles d’un solide par un solvant. La mise en contact entre le solide et liquide est plus ou moins prolongé et cette opération est réalisée à froid.
– La digestion est une opération identique à la macération mais elle est effectuée à chaud.
– L’élution est une opération qui a pour objet d’enlever les solutés fixés à la surface d’un solide par un simple contact avec le solvant d’extraction.
Le contact entre les deux phases peut s’effectuer à co-courant ou à contre-courant. Une extraction peut être discontinue, continue ou semi-continue. L’extraction peut se réaliser à un seul étage théorique ou en utilisant plusieurs étages .
Transfert de matière et cinétique d’extraction
Une fois que la phase solide et la phase d’extraction sont en contact, le transfert de matière a lieu. Un ou plusieurs composés contenus dans le solide se déplacent progressivement vers la phase liquide [4]. La vitesse d’extraction est la masse de soluté dissous par unité de temps ou sa fraction dans le solide par unité de temps. Cette vitesse dépend de 4 processus successifs :
– la pénétration du solvant dans la phase solide (a),
– la solubilité du soluté dans le solvant (b),
– la diffusion du soluté dissous dans le solvant vers l’extérieur de la phase solide(c),
– et le transfert du soluté par diffusion et convection vers le cœur de la phase liquide (d) .
Le solvant peut pénétrer facilement dans le solide avec une faible viscosité. En général, cette pénétration est l’étape la plus rapide en comparant avec les autres processus. La libération du soluté se présente sous différent cas, elle est liée à l’état du soluté et son emplacement dans le solide. Si le soluté se trouve à l’état solide, il est essentiel qu’il soit dissous dans la phase liquide ; en effet, cette opération prend beaucoup de temps. Mais, s’il est à l’état liquide et miscible au solvant ; le soluté est libéré rapidement surtout s’il est placé sur les parois du solide [6]. Mais, s’il est contenu à l’intérieur des cellules végétales, la libération deviendra lente car il faut éclater les cellules. La diffusion des solutés vers le cœur de la phase liquide ou le transfert externe est favorisée par une température élevée. La diffusion du soluté dans la phase solide vers la phase liquide prend un rôle important dans la cinétique de transfert de matière.
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Table des matières
Introduction
I. Synthèse bibliographique
I.1. Extraction
I.1.1. Extraction solide-liquide
I.1.2. Transfert de matière et cinétique d’extraction
I.1.3. Paramètres influençant l’extraction solide-liquide
I.2. Isotherme d’adsorption ou de désorption
I.2.1. Définition
I.2.2. Type d’adsorption
I.2.3. Isotherme d’adsorption
I.2.4. Mesure de l’isotherme de sorption
I.3. Modélisation
I.3.1. Définition
I.3.2. Modèle des isothermes
I.3.2.1. Modèle de Langmuir
I.4. Présentation des plantes étudiées
I.4.1. Salvia coccinea ou sauge rouge
I.4.2. Syzygium sakalavarum ou rotrafotsy
II. Matériels et méthodes
II.1. Principe générale
II.2. Procédés d’obtention de l’isotherme d’adsorption
II.2.1. Matériels végétaux
II.2.2. Préparation du matériel végétal
II.2.3. Extraction
II.2.4. Filtration et lavage
II.2.5. Séchage
II.2.6. Pesage
II.2.7. Traçage
II.3. Méthode de détermination du modèle
II.3.1. Choix du modèle type I
II.3.2. Choix du modèle type VI
II.3.3. Choix du modèle type V
II.3.4. Equation de la première marche
II.3.5. Equation de la deuxième marche
II.3.6. Equation de la troisième marche
II.3.7. Détermination des paramètres du modèle
III. Résultats et discussions
III.1. Extraction solide-liquide
III.1.1. Salvia coccinea – eau
III.1.2. Salvia coccinea– alcool 20%
III.1.3. Syzygium sakalavarum – eau
III.1.4. Syzygium sakalavarum – alcool 20 %
III.2. Modélisation des isothermes
III.2.1. Salvia coccinea – eau
III.2.2. Salvia coccinea – alcool à 20%
III.2.3. Syzygium sakalavarum – eau
III.2.4. Syzygium sakalavarum – alcool 20 %
Conclusion
Bibliographies
