Procédés et Fluides Supercritiques

Extraction supercritique

Fractionnement supercritique

Génération de particules, cristallisation, encapsulation

Imprégnation (matrices et implants polymériques, silices, …)

suite...

Procédés et fluides supercritiques
Présentation

Les fluides supercritiques (FSC) ou sous critiques ont des propriétés spécifiques qui sont exploitées dans un certain nombre d'applications aussi bien à l'échelle du laboratoire qu'à l'échelle industrielle. Leur utilisation représente une alternative à l'utilisation des solvants organiques présentant des problèmes de pollution, de toxicité et/ou de sécurité. 

L’équipe «Procédés & Fluides Supercritiques» possède une expertise particulière scientifique et technologique permettant la conception, la conduite et l’optimisation de procédés utilisant le CO2 supercritique. 
Pour une meilleure maîtrise de ces procédés, une approche multi-échelle est privilégiée. L’équipe étudie plus particulièrement les propriétés des fluides supercritiques, les équilibres de phase, les phénomènes aux interfaces et les transferts au sein de ces milieux sous pression. Une attention particulière est également portée aux comportements de matériaux, aussi bien d’origine synthétique que biologique, en contact avec du dioxyde de carbone supercritique.
Des outils de modélisation développés au sein de l’équipe permettent d’appréhender plus particulièrement les cinétiques de transfert (écoulements, phénomènes de dispersion, mélange) et la thermodynamique de ces milieux sous pression. 

L’équipe a une activité forte centrée sur les applications suivantes :
- Extraction supercritique, fractionnement supercritique et mise en forme de produits d’origine végétale
- Élaboration de systèmes à libération contrôlée médicamenteux (cristallisation de principes actifs, encapsulation, imprégnation,…)
- Stérilisation supercritique de dispositifs médicaux et produits de santé
- Dé-cellularisation supercritique de greffons


Partenaires industriels (période 2020-2024) : 

BioTechOne ; Cousin Surgery ; Lattice Medical ; Le Rouge Français ; Solvay ; Symrise ; THEA ; Total Energies


Responsable

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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