Purification des molécules : de la preuve de concept à la montée en échelle de la CPC

La Chromatographie de Partage Centrifuge (CPC) est une technique d’extraction et de purification liquide-liquide sans support solide particulièrement efficace pour les molécules naturelles (incluant les macromolécules) ou de synthèse, d’intérêt thérapeutique, cosmétique ou encore pour la chimie fine ou le biocontrôle. Peu gourmande en solvant et ne générant pas de déchets solides, c’est une alternative « verte » aux procédés traditionnels. Elle permet en outre de répondre à des problématiques complexes de purification.

En résumé

Mots Clés :

Chromatographie de partage centrifugepreuve de conceptmontée en échelleréduction de solvant

Des procédés d’extraction et de purification efficients pour les acteurs de la chimie fine, de la cosmétique et de la santé

Face à un verrou scientifique, les industriels peuvent se tourner vers les laboratoires ICMR (UMR CNRS 7312, Université de Reims) et GEPEA (UMR CNRS 6144, Nantes Université), associés à CAPACITÉS SAS, la filiale d’ingénierie de Nantes Université.

Depuis dix ans, ils mutualisent leurs compétences et moyens techniques pour mettre au point des procédés industriels d’extraction et de purification plus efficients. Ce consortium de chercheurs et ingénieurs, unique au monde, propose aux acteurs de la chimie fine, de la cosmétique et de la santé un accompagnement complet, de la preuve de concept jusqu’au dimensionnement industriel des équipements de CPC.

Explications avec Jean-Hugues Renault, chimiste des substances naturelles et directeur de l’ICMR, et Luc Marchal, professeur au laboratoire GEPEA et directeur du département de génie des procédés et des bioprocédés à Polytech Nantes.

Pourquoi une telle proximité entre les laboratoires ICMR et GEPEA ?

L. Marchal Nos deux laboratoires sont à la pointe de la recherche scientifique sur la Chromatographie de Partage Centrifuge (CPC). Nos champs disciplinaires sont complémentaires : l’ICMR est expert en sciences séparatives et chimie moléculaire incluant les techniques d’analyse et le GEPEA en mécanique des fluides et en méthodes de développement de procédés. Nous mutualisons nos compétences pour explorer et mettre au point des solutions d’extraction, de purification et d’intensification de procédé au service d’industriels ou de projets de recherche.

Quels bénéfices en retirent vos clients ?

J.-H. Renault Nous sommes le seul consortium au monde proposant un accompagnement complet sur la purification de molécules à haute valeur ajoutée par CPC : de la preuve de concept jusqu’au dimensionnement des équipements.

Au-delà de notre complémentarité scientifique, nous faisons bénéficier nos clients industriels de la mutualisation de nos équipements. Nous proposons aux industriels un catalogue élargi de procédés d’extraction et de purification, et d’outils de chimie analytique.

Le laboratoire GEPEA dispose par exemple de diverses techniques de prétraitement de la matière sur sa plateforme dédiée aux microalgues. Autre équipement remarquable à noter, le GEPEA a développé le seul prototype en France de visualisation des écoulements en CPC : le Visual CPC. Cet outil de diagnostic permet d’identifier des disfonctionnements dans un procédé, ainsi que leur origine, très souvent hydrodynamique.

Côté ICMR, nous développons sur notre plateforme technique des méthodes analytiques de suivi et validation des procédés de CPC mis au point : spectroscopie de masse, de RMN, couplés ou pas à d’autres techniques de chromatographie analytiques. Nous sommes par exemple le seul site français disposant en routine du couplage LC-SPE-RMN pour l’analyse d’impuretés. Cela nous permet de répondre aux exigences de pureté de nos clients, comme à ceux de CAPACITÉS et du GEPEA.

Quels défis scientifiques avez-vous relevés ensemble ?

L. Marchal De 2012 à 2016, nous avons collaboré sur le projet xPC subventionné par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR). Celui-ci réunissait trois unités de recherche : GEPEA, ICMR, LGC, et deux partenaires industriels : Rousselet-Robatel et Pierre Fabre. L’enjeu : l’hybridation d’un procédé de CPC. Nous avons développé un procédé permettant de faire de l’extraction, de la purification et de la réaction au sein d’une même colonne de CPC. Ce projet a donné lieu à des apports importants concernant la modélisation de la CPC et la maîtrise de son changement d’échelle. Il s’agissait de la première preuve de concept démontrant la faisabilité d’un dimensionnement maîtrisé de la CPC en passant d’un appareil de laboratoire à un appareil de production.

J.-H. Renault Sur ce projet, l’ICMR a apporté sa connaissance de la chimie des substances naturelles qui étaient à purifier. Le GEPEA et CAPACITÉS quant à eux ont développé des modèles dynamiques en s’appuyant sur leurs compétences en mécanique des fluides et en transfert de matière. Un nouvel outil de modélisation a émergé de ce projet. Il est toujours utilisé pour réaliser des projections de procédés et définir la taille de l’appareil de CPC nécessaire pour une application donnée.

Il a par exemple été impliqué dans un projet industriel de purification de molécules anti-cancer. La société souhaitait se passer d’un solvant précis. A défaut de trouver un solvant alternatif offrant une sélectivité satisfaisante, nous avons résolu la problématique du client par l’intensification du procédé. Nous avons mobilisé nos compétences en chimie et mécanique des fluides pour mettre au point un procédé de purification hybride. Nous sommes ainsi parvenus à réduire drastiquement à la fois la taille de la machine et la quantité de solvant mise en jeu. Nous en sommes à présent à l’étape de l’implantation industrielle chez le client.

En dix ans de collaboration, l’association des expertises des laboratoires ICMR et GEPEA a fait ses preuves sur nombre de projets industriels. Le fabricant de principes actifs Minakem en témoigne. Cette technique d’avenir peut répondre aux enjeux d’éco-extraction et éco-purification de l’industrie. Découvrez les atouts de la CPC.

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