Dessiccation et Séchage

Dessiccation et Séchage

• La dessiccation, ou séchage, est l'élimination par vaporisation d'un liquide volatil (eau) d'un corps non volatil (solide ou semi-solide).
• L'eau peut exister sous trois formes différentes.
• Éliminer l'eau libre et plus ou moins l'eau d'adsorption est l'objectif, mais l'eau de constitution n'est pas éliminée lors de la dessiccation.

États de l'eau

• Eau de constitution (ou de cristallisation), chimiquement liée, difficile à éliminer sans dénaturer le produit.
• Eau d'adsorption (eau liée), résultant de l'humidité relative de l'air ambiant.
• Eau de mouillage (eau libre et capillaire), ajoutée à certaines formes sèches comme comprimés ou granulés.

But de la dessiccation

• Préparer des formes galéniques solides.
• Assurer la conservation du principe actif(PA) en prévenant toute altération chimique (hydrolyse), microbienne (moisissure), ou physique (agglomération, polymorphisme, désagrégation des comprimés).
• Faciliter le broyage des solides.
• Améliorer l’écoulement d’une poudre et homogénéiser le mélange.

Facteurs Influant sur la Vitesse de Séchage

• Deux vitesses principales sont en jeu.
• Vitesse d'évaporation de l'eau à la surface du solide (Ve).
• Vitesse de migration de l'eau de l'intérieur vers l'extérieur du solide (Vm).
• L'humidité relative de l'air ambiant est un facteur important.
• Le renouvellement d'air à la surface du solide doit être pris en compte.
• La surface du solide doit être aussi grande que possible.
• Une basse pression favorise les opérations à basse température.
• La quantité de calories fournies pendant la dessiccation est aussi à considérer.

Relation entre Ve et Vm

• Si Ve > Vm, il y a formation d'une croûte qui gêne l'évaporation.
• Si Ve ≤ Vm, la dessiccation en profondeur est recommandée.

Méthodes de Dessiccation et Transfert de Calories

• Convection : utilisation de la circulation d'air chaud et sec.
• Conduction : emploi du contact direct.
• Rayonnement : utilisation de l'irradiation.
• Froid : cryodessiccation ou lyophilisation.
• Le choix de la méthode dépend de la texture de la matière, de la sensibilité du produit à la chaleur et à l'oxygène, et du degré de dessiccation souhaité.

Dessiccation par Convection

• La convection implique le transfert de chaleur par la circulation d'air chaud et sec.

Étuvage à Température Constante

• Les poudres et granulés humides sont répartis sur des plateaux à travers lesquels circule de l'air chaud.

Séchage en Lit Fluidisé

• Méthode rapide (environ 30 minutes) et efficace pour les poudres et granulés.
• Le produit humide est placé dans un récipient dont le fond perforé est traversé de bas en haut par de l'air chaud.

Séchoir à Dispersion ou Nébulisateur

• Utilisé pour les solutions ou suspensions.
• Le séchage est assuré par la dispersion de la substance en fines gouttelettes et un courant d'air très chaud (150-200°C).
• Transformation instantanée en petits grains de poudres.
• Avantages : dessiccation très rapide (moins de 30 secondes) et obtention de grains poreux sphériques, appelés « Nébulisats ».

Applications des Séchoirs à Dispersion

• Séchage des principes actifs thermosensibles grâce au court temps de contact avec l'air chaud.
• Séchage des PA oxydables, de préférence sous gaz inerte.
• Fabrication de poudres enzymatiques et d'organes.
• Production de lait pour nourrissons.
• Industrie alimentaire : café, thé, arômes.

Séchoirs Tunnels ou à Contre-Courant

• L'air chaud et le produit humide circulent en sens inverse dans le tunnel.
• A → B : le produit humide arrive en continu en A et traverse le tunnel sur une bande ou des wagonnets, il se dessèche progressivement et sort sec en B.
• B → A : l'air chaud et sec en B se charge d'humidité en traversant le tunnel et sort humide en A.
• Avantages : fonctionnement continu et dessiccation progressive.

Dessiccation par Conduction (Séchoirs Directs)

• La conduction est le transfert de chaleur par contact direct.
• Associée à un fonctionnement sous vide pour les matières sensibles à la chaleur et/ou à l’oxygène.

Armoire de Séchage Sous Vide

• Utilisée pour les produits pulvérulents et pâteux.
• Le produit humide est étendu sur des étagères chauffées par des résistances électriques ou par un fluide chaud.
• La vapeur d'eau est évaporée entre 25 et 35°C puis éliminée par un condenseur relié à une pompe à vide.

Séchoir Rotatif Sous Vide

• Le produit humide est constamment remué dans un cylindre en rotation sous vide, chauffé grâce à la circulation d'un fluide chaud dans sa double paroi.

Séchoir à Cylindres

• Permet le séchage direct des liquides.
• L'appareil comprend un ou plusieurs cylindres chauffés intérieurement (vapeur d'eau à 140-150°C).
• Le liquide est étalé sur la surface cylindrique en rotation : l'eau s'évapore, laissant une pellicule sèche détachée par un racloir, puis pulvérisée.

Dessiccation par Rayonnements

• Les rayonnements électromagnétiques se distinguent par leurs fréquences et propriétés.
• L'action thermique prédomine dans les domaines infrarouge (IR) et micro-ondes.
• C'est une méthode rapide, profonde et peu encombrante, mais coûteuse.

Séchoir à Rayonnement Infrarouge (IR)

• Utilisé pour les produits opothérapiques.
• L'appareil est une étuve ou un tunnel avec des lampes à filament de tungstène émettant des rayonnements IR.

Séchoir à Micro-ondes

• Les calories sont produites dans les produits polaires à constante diélectrique élevée comme l'eau.
• Les récipients et l'air ambiant restent froids.

Dessiccation par Lyophilisation ou Cryodessiccation

• Technique de dessiccation qui consiste à sublimer la glace de solutions, suspensions, tissus animaux ou végétaux préalablement congelés.
• Le produit obtenu est sec, poreux et lyophile.

Principe de la Lyophilisation

• La sublimation transforme l'eau solide (glace) directement en gaz (vapeur d'eau) sans passer par l'état liquide.
• La vapeur est ensuite éliminée par condensation (retour à l'état solide).

Fonctionnement d'un Lyophilisateur

• Il est constitué de deux enceintes (A et B) reliées par une large tubulure.
• L’enceinte A est refroidie à une température Ta, nécessaire pour congeler le produit à sécher.
• L’enceinte B est refroidie à une température Tb plus basse que Ta (Tb < Ta).
• Enceinte A = Evaporateur
• Enceinte B = Condenseur

Pression de vapeur et déplacement

• Du fait de la différence de température (Ta > Tb), la pression de vapeur en A est supérieure à celle en B (Pa > Pb).
• La vapeur se déplace de A vers B, où elle se transforme en glace.
• Le vide accélère le déplacement.

Remarques Importantes sur la Lyophilisation

• La congélation doit être rapide et précoce.
• La sublimation en A peut abaisser la température Ta, ralentissant ou stoppant le déplacement de la vapeur.
• Si Ta = Tb, il faut chauffer légèrement l'enceinte A pour augmenter Ta, tout en gardant le produit congelé.
• Une désorption des dernières molécules d'eau adsorbées sur le produit poreux est réalisée à la fin de la sublimation (dessiccation primaire).
• Cette opération (dessiccation secondaire) se fait à une température plus élevée, compatible avec la stabilité du produit, et sous une pression plus basse.

Applications de la Lyophilisation

• Conservation de substances médicamenteuses fragiles (plasmas, sérums, vitamines), de matière vivante (vaccins), de produits à bas point de fusion (lipides) ou instables en solution (antibiotiques, méthotrexate).
• Fabrication de lyophilisats (LYOCS®).

Dessiccation par Déshydratants

• Le séchage est effectué sous vide et à température ordinaire.
• La vapeur d'eau est retenue par un corps chimique avide d'eau, appelé « déshydratant ».
• Les déshydratants ont une capacité d'absorption limitée, adéquate pour parfaire une dessiccation ou déshydrater des substances peu riches en eau.
• Exemples de déshydratants : anhydride phosphorique (P2O5), gel de silice (silicagel), H2SO4, CaCl2, etc.

Contrôle de la Dessiccation

• Le contrôle de la dessiccation se fait en dosant l'humidité résiduelle dans le produit.
• Il est généralement associé à un dosage du PA et des éventuels produits de dégradation.
• Il existe de nombreuses méthodes de contrôle disponibles.

Méthode Gravimétrique (Perte à la Dessiccation PAD ou LOD)

• Consiste à peser le produit avant et après passage dans l'étuve ou à l'aide d'une balance infrarouge.
• La concentration en eau est exprimée par rapport à la masse du produit humide (PAD) ou sec (TH).

Calculs

• Perte à la Dessiccation PAD ou LOD = 100 x (masse d'H2O / masse du produit humide).
• Teneur en humidité TH = 100 x (masse d'H2O / masse du produit sec) = (100 x PAD) / (100 - PAD).

Méthode Chimique

• Permet le microdosage de toutes les formes d'eau, y compris l'eau de cristallisation.
• Utilise le réactif pyridine iodo-sulfureux de Karl Ficher.