Détermination de la température du point d’éclair - La généralité et les modes de la cristallisation

« SOMMAIRE Introduction générale Chapitre La généralité et les modes de la cristallisation Pag I I-1 I.2 I-2-1 I -2-2 Définition Caractéristique structures cristallines Maille élémentaire et réseau cristallin e 8 8 8 Réseau de Bravais 9 I-2-3 I-3 I-3-1 I-3-2 I-2-3 I-3-4 I-3-5 I -4 I-4-1 Morphologie et polymorphisme Notions fondamentale Solution Solubilité Courbe de solubilité Sursaturation Temps d’induction Modes d’obtention de la sursaturation Refroidissement direct ou par échange thermique 9 11 11 11 11 13 13 14 14 I-4-2 Refroidissement par évaporation du solvant 14 I-4-3 Concentration par évaporation 14 I-5 Type de cristallisation 15 Chapitre II Procédés de cristallisation Page II-1 Introduction 18 II-2 Cristallisation à partir d’une solution saturée 19 II-3 Le procédé Verneuil 20 II-4 Le procédé CZOCHRALSKI 21 II-5 La cristallogenèse en four à image 23 Conclusion général 25 Chapitre I Fig.

I.1 Fig.

I.2 Fig.

I.3 Fig.

I.4 Fig.

I.5 Fig.

I.6 Fig.

I.7 Chapitre II Fig.

II.1 Fig.

II.2 Fig.

II.3 Fig.

II.4 Fig.

II.5 Liste des figures Cristaux de sel obtenus par cristallisation lente dans une saumure à température ambiante SYSTEMES CRISTALLINS ELEMENTAIRES MODELE DES 14 RESEAUX DE BRAVAIS AMPICILLINE TRI-HYDRATE ET PAROXETINE HEMIHYDRATE MAILLE CRISTALLINE DE LA FORME 1 (A GAUCHE) ET 2 (A DROITE) DU PARACETAMOL Concentration en soluté en fonction de la température Courbe de dé sursaturation en fonction du temps Le diamant Orlov, monocristal taillé d’un poids de 190 carats Saphir (à gauche), rubis (au centre) et émeraude (à droite) Formation d’un cristal par évaporation d’une solution sursaturée – phénomènes de nucléation et croissance Monocristal de silicium obtenu par tirage CZOCHRALSKI pour une utilisation en électronique Schéma de principe d’un four à image constitué de deux demi ellipsoïdes dorés Page 8 9 9 10 11 12 13 17 18 19 21 22 Introduction général INTRODUCTION GENERALE : La cristallisation est le processus (naturel ou artificiel) par lequel un solide se forme, où les atomes ou les molécules sont hautement organisés en une structure connue sous le nom de cristal. Certaines des formes par lesquelles les cristaux se forment précipitent à partir d'une solution, fondent ou, plus rarement, se déposent directement à partir d'un gaz.

Les attributs du cristal résultant dépendent largement de facteurs tels que la température, la pression de l'air et, dans le cas des cristaux liquides, le temps d'évaporation du fluide. La cristallisation se déroule en deux étapes majeures.

La première est la nucléation, l'apparition d'une phase cristalline à partir d'un liquide surfondu ou d'un solvant sursaturé.

La deuxième étape est connue sous le nom de croissance cristalline, qui est l'augmentation de la taille des particules et conduit à un état cristallin.

Une caractéristique importante de cette étape est que les particules libres forment des couches à la surface du cristal et se logent dans des incohérences ouvertes telles que des pores, des fissures, etc. La majorité des minéraux et des molécules organiques cristallisent facilement, et les cristaux qui en résultent sont généralement de bonne qualité, c'est-à-dire sans défauts visibles. Cependant, les particules biochimiques plus grandes, comme les protéines, sont souvent difficiles à cristalliser.

La facilité de cristallisation des molécules dépend fortement de l'intensité des forces atomiques (dans le cas des substances minérales), des forces intermoléculaires (substances organiques et biochimiques) ou des forces intramoléculaires (substances biochimiques). La cristallisation est également une technique chimique de séparation solide-liquide, dans laquelle le transfert de masse d'un soluté de la solution liquide à une phase cristalline solide pure intervient.

En génie chimique, la cristallisation se fait dans un cristalliser.

La cristallisation est donc liée à la précipitation, bien que le résultat ne soit pas amorphe ou désordonné, mais un cristal [1]. Ce Projet est composé en deux chapitres : Le premier chapitre comporte la généralité et les modes de la cristallisation Le deuxième chapitre comprend les Procédés de cristallisation Chapitre 01 : généralité et les modes de la cristallisation I-1/ Définition : La cristallisation est une opération unitaire de génie chimique.

C’est un changement d'état qui conduit, une phase gazeuse ou liquide, à une phase solide appelée cristal, de structure régulière et organisée.

On ne distingue généralement que trois types de cristallisation selon que celles-ci aient lieu en phase gazeuse, en bain fondu et en solution.

Les mécanismes fondamentaux de ces trois cristallisations sont cependant similaires, à savoir deux étapes essentielles dans l'apparition du solide.

La première étape, la nucléation est celle, au cours de laquelle les cristaux vont apparaître et la seconde étape est celle de leur croissance, les cristaux vont alors se développer dans la solution.

Par rapport aux autres types de cristallisation, la cristallisation en solution présente quelques particularités.

En effet, la nucléation secondaire, quasi inconnue en phase vapeur et en bain fondu, peut avoir un rôle très important dans les cristallisoirs industriels, tant au niveau des phénomènes d'hydrodynamique dans la solution.

Par ailleurs, la notion de bilan de population et l'analyse de la distribution de taille des cristaux ont permis d’améliorer ces dernières années la conduite et la maîtrise des cristallisoirs.

Les cristaux produits à l’échelle industrielle doivent répondre à des spécifications bien déterminées comme la pureté, la taille, la solidité, le faciès, etc.

Il est donc nécessaire d'avoir de bonnes bases théoriques sur les processus de nucléation et de croissance pour améliorer le produit final.

Les paramètres de base sont la concentration et la sursaturation.

La cristallisation est avant tout un équilibre liquide solide [2]. Figure I-1 : Cristaux de sel obtenus par cristallisation lente dans une saumure à température ambiante. I.2/ Caractéristiques des structures cristallines : I.2.1/Maille élémentaire et réseau cristallin : La structure cristalline est définie par une position ordonnée des atomes qui constituent le réseau cristallin, par opposition aux structures amorphes.

La périodicité structurelle d'un cristal est donc représentée par un ensemble de points régulièrement espacés appelés nœuds du réseau. I.2.2/ Réseau de Bravais : Si l’on ne considère que les systèmes cristallins construits sur des mailles élémentaires simples qui ne contiennent qu’un nœud par maille, ils sont au nombre de sept : triclinique, monoclinique, orthorhombique, quadratique, rhomboédrique, hexagonal et cubique. Figure I-2 : SYSTEMES CRISTALLINS ELEMENTAIRES Cependant, il existe aussi des mailles multiples contenant plus d’un nœud et qui ne sont pas réductibles en mailles simples.

Si l’on envisage tous les réseaux possibles, on en dénombre 14 qui correspondent aux réseaux de Bravais, présentés en figure 3. Figure I-3 : MODELE DES 14 RESEAUX DE BRAVAIS I.2.3/Morphologie et polymorphisme : La plupart des composés organiques peuvent exister sous différentes formes solides.

Cette forme solide peut être organisée de façon structurée et est appelée cristal, ou sans structure particulière et est dans ce cas appelée amorphe.

Le terme « polymorphes » désigne deux cristaux ayant la même composition chimique mais un arrangement spatial différent.

De plus, si la structure élémentaire contient des molécules d'eau ou de solvant en quantité stœchiométrique, on parle alors d'hydrates ou de solvates (ex : ampicilline tri-hydrate, paroxytonne hémi-hydrate illustrés en figure 4).

Environ un tiers des substances actives pharmaceutiques peuvent former des structures hydratées [3].

Ces structures sont généralement englobées sous le terme de pseudo-polymorphisme. Figure I-4 : AMPICILLINE TRI-HYDRATE ET PAROXETINE HEMIHYDRATE Il est cependant nécessaire de distinguer les termes de « polymorphisme » et « morphologie » : Le polymorphisme réfère à la structure du cristal tandis que la morphologie décrit la forme macroscopique du cristal (cube, aiguille, flocon…).

Ainsi, un même polymorphe peut présenter plusieurs morphologies et des polymorphes différents peuvent posséder une morphologie similaire.

La morphologie cristalline est un paramètre à prendre en compte car elle impacte directement la qualité du produit obtenu [4].

Elle impacte la stabilité de la molécule [5], les propriétés rhéologiques des suspensions, la densité apparente et l’écoulement des lits granulaires et la conduite des procédés ultérieurs (filtration, centrifugation, séchage, granulation, compactage).

En règle générale, le degré de symétrie des entités moléculaires diminue lorsque la taille de celles-ci augmente.

Cela explique pourquoi, en particulier pour les molécules d’intérêt pharmaceutique qui présentent des masses molaires importantes (généralement supérieures à 200 g/mol), les systèmes cristallins rencontrés sont essentiellement de type monoclinique, triclinique et orthorhombique, de plus faible symétrie que les quatre autres. • Exemple du paracétamol : Pour illustrer ce paragraphe, nous présentons ici le cas du Paracétamol et de deux de ses formes polymorphiques dites forme 1 et forme 2 [6].

La forme 1 contient quatre molécules de Paracétamol formant une structure en feuillet plissé alors que la forme 2 contenant huit molécules par maille cristalline et présente une structure plus plane. Cette différence de conformation peut être utilisée lors des étapes de compression par exemple : en effet, la planéité de la structure limite le phénomène de déformation élastique lors de l’opération de compression et favorise une déformation plastique. Figure I-5 : MAILLE CRISTALLINE DE LA FORME 1.... »