Procédés et Fluides Supercritiques

Extraction supercritique

Fractionnement supercritique

Génération de particules, cristallisation, encapsulation

Imprégnation (matrices et implants polymériques, silices, …)

suite...

Processes and Supercritical Fluids Team
Présentation

Supercritical (FSC) or subcritical fluids have specific properties which are exploited in a large number of applications at both laboratory and industrial scales. Their use represents an alternative to the use of organic solvents presenting pollution, toxicity and/or safety problems.

The “Supercritical Processes & Fluids” team has particular scientific and technological expertise enabling the design, operation and optimization of processes using supercritical CO2.
For better control of these processes, a multi-scale approach is favored. The team particularly studies the properties of supercritical fluids, phase equilibria, interface phenomena and transfers in pressurized media. Particular attention is also paid to the behavior of materials, both of synthetic and biological origin, in contact with supercritical CO2.
Modeling tools developed within the team make it possible to understand more specifically the transfer kinetics (flows, dispersion phenomena, mixing) and the thermodynamics of these pressurized environments. 

The team has strong activity focused on the following applications:
- Supercritical extraction, supercritical fractionation and shaping of plant origin products
- Development of sustained drug delivery systems (crystallization of active ingredients, encapsulation, impregnation, etc.)
- Supercritical sterilization of medical devices and health products
- Supercritical decellularization of grafts

Industrial partners (period 2020-2024):

BiotechOne ; Cousin Surgery ; Lattice Medical ; French Red ; Solvay ; Symrise ; THEA ; Total Energies

Responsable

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Annuaire personnel permanent

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Doctorants, Post-Doctorants et CDD

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Equipement

- 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

  • Zohra Laggoune, Yasmine Masmoudi, Seyed Ali Sajadian, Elisabeth Badens. Sirolimus solubility in supercritical carbon dioxide: Measurement and modeling.. Journal of CO2 Utilization, 2025, 93, pp.103034. ⟨10.1016/j.jcou.2025.103034⟩. ⟨hal-04954883⟩ Plus de détails...
  • 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...
  • 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...
  • Adil Mouahid, Catherine Rébufa, Yveline Le Dréau. Supercritical CO2 extraction of Walnut (Juglans regia L.) oil: Extraction kinetics and solubility determination. Journal of Supercritical Fluids, 2024, 211, pp.106313. ⟨10.1016/j.supflu.2024.106313⟩. ⟨hal-04587482⟩ Plus de détails...
  • 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...
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Rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

18 juillet 2025 - La modélisation et la simulation, des outils essentiels pour une meilleure compréhension des procédés en CO2 supercritique et une mise à l’échelle industrielle plus efficace / Soutenance HDR Adil Mouahid
Date et lieu : le 18 juillet à 10h ; amphi du Cerege (Europôle de l'Arbois).

Résumé : Dans un contexte réglementaire écologique évolutif incitant à la mise en place de procédés propres et innovants, les procédés mettant en jeu le CO2 supercritique (CO2-SC) font l’objet d’un intérêt grandissant. En effet, les avantages sont nombreux : le CO2 est un sous-produit de l’industrie, non inflammable, il est recyclé au cours du procédé, dans sa phase supercritique, c’est un solvant apolaire à géométrie variable (sélectif selon les conditions de pression et température) et reconnu comme atoxique. Le CO2 étant gazeux à pression ambiante, une séparation naturelle s’opère sans avoir recours à des opérations de séparation additionnelles. Enfin, la technologie supercritique est compacte lui donnant un avantage en termes de coûts de production.

Dans le but d’envisager une transition efficace et rentable vers cette technologie, les procédés utilisant le CO2-SC doivent être maîtrisés. Aboutir à cette maitrise nécessite de passer par une étape l’approfondissement des connaissances théoriques via la modélisation qui elle-même nécessite de passer par des étapes d’expérimentations. En effet, les données expérimentales permettent d’alimenter les modèles qui eux-mêmes donnent accès à des paramètres physiques tels que les solubilités, les coefficients de transfert, etc. utiles à des calculs de scale-up précis.

Dans la littérature, les données expérimentales sont nombreuses. Cependant, les données de modélisation sont moindres et le choix des modèles n’est pas toujours le même d’une étude à une autre rendant leur exploitation difficile. Ce travail présente donc mes travaux de recherche mêlant expérimentation et modélisation réalisés dans l’objectif d’approfondir les connaissances théoriques des procédés utilisant le CO2-SC mais également de faciliter les études de scale-up afin d’envisager une transition technologique efficace. Mes travaux de recherche ont été réalisés dans l’équipe Procédés et Fluides Supercritiques (FSC) animée par Elisabeth BADENS du laboratoire M2P2 (UMR7340, Aix-Marseille Université) à travers des collaborations académiques et industrielles qui ont nécessité le développement de nouveaux bancs expérimentaux et d’approfondir les aspects de modélisation et simulation soit en utilisant des considérations théoriques (jeux d’équations basés sur des théories de transfert de matière ou autre) soit en utilisant les plans d’expériences.

Membres du Jury
Severine CAMY Pr, LGC, Université de Toulouse
Maryline VIAN Pr, GREEN, Université d’Avignon
Caroline WEST Pr, ICOA, Université d’Orléans
Christophe JOUSSOT-DUBIEN, Directeur (HDR) CEA ISEC Marcoule
Elisabeth BADENS Pr, M2P2
25 novembre 2024 - Design and optimization of supercritical treatment processes for interventional cardiology medical devices / Zohra Laggoune PhD Defense
Doctorante : Zohra Laggoune

Date : 25 novembre à 14h00, Cerege amphi Technopôle de l'Arbois-Méditerranée

Abstract: Atherosclerosis, a leading cardiovascular condition, involves arterial narrowing due to fatty deposits, impeding blood flow. Angioplasty, using stents or balloons, is a minimally invasive treatment for atherosclerosis. Recent advances have led to the development of active stents and balloons, which release antiproliferative agents (e.g., sirolimus) via a polymeric coating to prevent restenosis and promote arterial healing. Conventionally, these devices are manufactured using organic solvents, and may then contain harmful residues posing environmental and health concerns.
This thesis, conducted in collaboration with AlchiMedics, investigates supercritical CO2 technology as an eco-friendly alternative for manufacturing active coronary medical devices. The study first focuses on the behavior of the polymers that compose them in a supercritical CO2 environment. A Fourier Transformed InfraRed microscope coupled with a high-pressure cell was used to measure CO2 sorption in the polymers and their swelling. Additionally, a high-pressure visualization cell was used to assess the physical state of the polymers when exposed to supercritical CO2. Furthermore, the solubility in supercritical CO2 of sirolimus, the main active ingredient involved in this thesis, was determined using a static gravimetric method, followed by data modeling.
Based on this fundamental knowledge, supercritical CO2 was applied to extract residual solvent from pre-dried active stents (HT Supreme®). Semi-continuous mode extraction at 8 MPa, 308.15 K for 0.5 h resulted in an extraction efficiency of 91.80 % while minimizing polymer detachment and ensuring satisfactory in-vitro sirolimus release.
This study also explores supercritical impregnation of sirolimus to develop active balloons and stents, targeting a drug loading of 1.2 µg.mm-2 for both devices. Balloon impregnation was performed in batch mode based on a Design of Experiments. Operating conditions of 18 MPa, 323.15 K for a duration of 18 h were identified to maximize the drug loading to 0.68 µg.mm-2, while achieving positive ex-vivo results. In contrast, impregnations of two types of commercial stents (AMS® and HT Supreme®) resulted in low drug loadings and detachment of polymeric coatings. The development of the Fast Impregnation process (FIP), significantly improved drug loadings from 0.035 to 1.11 µg.mm-2 for AMS®, and from 0.015 to 7.3 µg.mm-2 for HT Supreme®. This process also preserved the integrity of polymer coatings under conditions set at 12.5 MPa and 308.15 K for AMS®, and at 25 MPa and 313.15 K for HT Supreme®.

Keywords: Atherosclerosis, active coronary stent, active coronary balloon, polymers, supercritical CO2, impregnation, extraction, sterilization

Jury :
Pr. Albertina CABAÑAS - Complutense University of Madrid - Reviewer
Pr. Iolanda DE MARCO - University of Salerno -  Reviewer
Dr. Thierry TASSAING - University of Bordeaux- Examiner and president of the jury
Pr. Loïc MACÉ - Aix Marseille University - Examiner
Pr. Elisabeth BADENS -  Aix Marseille University - Thesis director 
Dr. Yasmine MASMOUDI - Aix Marseille University - Thesis co-director
Dr. Christophe BUREAU - AlchiMedics - Thesis co-director and guest member