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Procédés d’éco-extraction : ingénierie, optimisation et montée en échelle

Mer / environnement, Sciences du vivant

Concevoir des procédés d’extraction de biomasse végétale capables de concilier performance environnementale et productivité industrielle.

Nos ingénieurs en génie des procédés conçoivent des procédés d’extraction performants et développent des méthodes d’extraction responsables à tous les niveaux : échelle laboratoire, preuve de concept, échelle pilote, montée en échelle préindustrielle et industrielle.

Conscients des problématiques économiques et environnementales, nos ingénieurs intègrent à leur démarche d’accompagnement des indicateurs incontournables pour concilier

performance environnementale et productivité industrielle.
Nos travaux de R&D mettent particulièrement l’accent sur l’utilisation de solvants alternatifs, la recyclabilité des phases, la diminution du volume de solvants et la réduction du bilan carbone des procédés d’éco-extraction et de purification : du choix de la méthode jusqu’à l’intégration des technologies à la chaine de procédés de l’industriel, en passant par l’optimisation et l’intensification de ces méthodes.

Sommaire

Prestations

Stratégie et conseil

Etude de faisabilité

Diagnostic et choix du procédé

Développement de procédés et tests

Montée en échelle

Quels que soient vos défis, nos experts vous livrent des solutions fonctionnelles et innovantes.

Etudes à façon : expertise pour l’extraction et valorisation de produits

De la faisabilité technique à la production de lots, notre service d’études à façon vous accompagne dans la valorisation de vos produits et le développement de procédés innovants d’extraction et vous guide dans le choix de la meilleure approche d’extraction.

Nous développons des procédés sur-mesure, intégrant de nouvelles phases et technologies pour répondre à vos besoins spécifiques. L’impact environnemental du procédé est également pris en compte dès la phase de conception.

En résumé

Faisabilité technique

Développement de procédés

Caractérisation biochimique

Intensification

Système d’extraction

Production de lots

Production à façon : de la validation à la certification

Du gramme au kilogramme, notre expertise en production à façon vous accompagne à chaque étape du développement de votre produit. Que vous ayez besoin de valider une preuve de concept ou de produire des lots plus importants, nous mettons en œuvre un protocole personnalisé répondant à vos besoins spécifiques.

Un contrôle rigoureux garantit la qualité et la reproductibilité de votre produit, tout en identifiant et en levant les verrous potentiels. Ainsi, nous offrons une large gamme de solutions de conditionnement pour répondre aux exigences de votre produit : surgélation, séchage, atomisation, lyophilisation. Notre expertise garantit la stabilité et la conservation de votre biomasse tout au long de sa chaîne de distribution.

En résumé

du gramme au kilogramme

Productions pilotes

conditionnement de la biomasse

contraintes qualité

Nouveaux solvants : vers une extraction plus durable

Dans le contexte d’une chimie plus verte et durable, notre expertise en évaluation de solvants vous accompagne dans la recherche de solutions alternatives aux solvants pétrosourcés et chlorés.

Pour travailler sur des substances alternatives aux traditionnels VOCs lorsqu’on ne peut pas travailler sans solvant, nous évaluons la performance de nouveaux solvants, tels que les DES (Deep Eutectic Solvents), les NaDES (Natural Deep Eutectic Solvents) et le CO2 supercritique. Nous étudions également leurs performances en procédé, en comparaison avec les solvants traditionnels.

En résumé

Evaluation de solvants

DES, NaDES, CO2 supercritique

Solvants biosourcés

Approche éco-responsable : durabilité et recyclage des solvants

En plus de l’évaluation des solvants et du développement de solutions alternatives, nous intégrons une analyse du cycle de vie (ACV) pour garantir la durabilité de votre procédé d’extraction. Cette analyse prend en compte la disponibilité et le renouvellement des ressources solvantes.

Le recyclage des solvants d’extraction est un pilier de notre approche éco-responsable. Nous mettons en œuvre différentes techniques de recyclage, telles que l’évaporation, la distillation, les filtrations membranaires, la précipitation et l’utilisation de solvants commutables (pH, T).

En résumé

ACV

Recyclage de solvants

Diagrammes de solubilité

Technologies de récolte et fractionnement de la biomasse

De la récolte au fractionnement de la biomasse sont des étapes essentielles dans la production de biocarburants, de bioproduits ou de biomolécules. Notre expertise en technologies de pointe vous accompagne dans l’optimisation de vos procédés d’extraction.

Nous apportons le conseil scientifique et technique nécessaire à la conception de systèmes pour réussir la collecte et la séparation des composants en fonction de leurs propriétés physiques ou chimiques.

Engagés dans une démarche de développement durable, nous mettons au point des procédés d’éco-extraction par DES ou liquides ioniques.

En résumé

Technologies de récolte

Technologies de séparation

Procédés d’éco-extraction

Purification et enrichissement de métabolites ciblés

Notre savoir-faire en matière de purification et enrichissement permet d’enrichir les métabolites ciblés : polysaccharides, lipides, protéines, glycogène, pigments, métabolites secondaires. Cette étape est essentielle pour obtenir des fractions concentrées et pures prêtes pour la valorisation.

Soucieux d’optimiser vos process, nous mettons en œuvre des stratégies d’intensification pour réduire le nombre d’étapes de purification et augmenter la rentabilité de vos procédés.

En résumé

Métabolites ciblés

Fractionnement de métabolites

Purification par CPC

Intensification du procédé

Bilan matière et analyse de la biomasse

Le bilan matière et l’analyse de la biomasse permettent de caractériser la biomasse en termes de composition biochimique, physico-chimique et structurale.

Ces techniques sont essentielles pour identifier les composants de la biomasse et leurs proportions, déterminer les propriétés physiques et chimiques de la biomasse, comprendre le comportement de la biomasse lors des procédés de transformation.

En résumé

Dosage de pigments

Profilage de composés

Intensification de procédés et montée en échelle

L’intensification des procédés liquide-liquide est une approche qui vise à améliorer l’efficacité de ces procédés d’extraction en réduisant la consommation d’énergie, les coûts et les impacts environnementaux.

Les techniques d’intensification maitrisées par nos équipes d’ingénieurs offrent un large éventail de possibilités pour améliorer les procédés de purification.

En résumé

Gain de productivité

Analyse des coûts

Analyse du Cycle de Vie

Montée en échelle

Evaluation des performances (productivité, pureté, rendement) et de la demande énergétique du DSP
Maitrise de la montée en échelle (méthodologie, modèle numérique et validation expérimentale)
Impact énergétique et efficacité du recyclage des phases
Comparaison des empreintes globales des phases proposées (Analyse du Cycle de Vie)

L’ingénierie CAPACITÉS

Au cœur des laboratoires de recherche

Nos experts en génie des bioprocédés effectuent leurs travaux d’ingénierie directement au sein des laboratoires de recherche GEPEA (GEnie des Procedes – Environnement – Agroalimentaire), ISOMER (Institut Des Substances et Organismes de la Mer), US2B (L’unité en Sciences Biologiques et Biotechnologies, UMR CNRS 6286) et CEISAM (Laboratoire en Chimie et Interdisciplinarité : Synthèse, Analyse, Modélisation | UMR CNRS 6230).

Nos partenaires d’innovation

CAPACITÉS est adhérent des réseaux Végépolys, Bioeconomy for Change, Pôle MER, GlycoOuest, IMPACT, THALASSOMICS, Cytocell. et Polepharma .

Nos moyens techniques

Nous exploitons plus de 150 équipements des laboratoires de Nantes Université. Découvrez nos moyens techniques.

Les défis relevés

Un biocarburant à base d’huile alimentaire usagée

Tests et évaluations comparées de procédés d’extraction

Cosmo International Fragrances innove dans la purification de molécules

PURIFICATION D’EXTRAITS ET REMÉDIATION D’ALLERGÈNE PAR CPC

Purifier et extraire des molécules : réduire la consommation de solvant grâce à la chromatographie de partage centrifuge

Industrialiser la purification par chromatographie de partage centrifuge

Transposition à l’échelle industrielle d’une opération de purification par Chromatographie de Partage Centrifuge

Produire des molécules à haute valeur ajoutée à partir de microalgues

Mise au point et scale-up du procédé de bioraffinage

Ils relèvent vos petits et grands défis

Génie des procédés

Pascal JAOUEN

Responsable scientifique

Directeur honoraire du laboratoire GEPEA. Professeur à Nantes Université, co-directeur de la plateforme Algosolis.

Spécialités : génie des procédés & bioprocédés, biotechnologies marines, techniques séparatives, procédés de culture de microalgues

Ingénierie de photobioréacteurs

Jérémy PRUVOST

Conseiller scientifique

Directeur du laboratoire GEPEA Directeur de la plateforme Algosolis. Professeur à l’Université de Nantes en génie de bioprocédés.

Spécialités : optimisation hydrodynamique dans les photobioréacteurs, développement de technologies solaires de photobioréacteurs, production de bioénergie à partir de microalgues, production du biohydrogène et de lipides pour l’utilisation du biodiesel.

Génie des procédés

Jack LEGRAND

Conseiller scientifique

Professeur émérite de l’Université de Nantes. Directeur de l’UMR 6144 et expert « Ingénierie du Vivant » du CNRS, membre du comité d’évaluation du programme ANR « Bioénergie ».

Spécialités : procédés de transfert et dans l’ingénierie des photobioréacteurs, optimisation des procédés de valorisation au travers des différentes opérations unitaires, des systèmes de culture à l’extraction des molécules d’intérêt.

Bioraffinage, intensification des procédés et scale-up

Luc MARCHAL

Responsable scientifique

Professeur et directeur du département de génie des procédés et des bioprocédés à l’Université de Nantes.

Spécialités : implémentation et intensification des procédés, montée en échelle des procédés industriels, amélioration de la productivité. Développement d’outils, de méthodes et de nouvelles applications en Chromatographie de Partage Centrifuge. Fractionnement de la biomasse microalgale (lyse, extraction, purification de métabolites).

Chimie analytique

Olivier GONÇALVES

Conseiller scientifique

Maitre de conférence à l’Université de Nantes. Responsable de l’équipe de bioprocédés appliqués aux microalgues du laboratoire GEPEA (UMR CNRS 6144).

Spécialités : compréhension et exploitation des mécanismes métaboliques, bioconversion photosynthétique de la matière, micro-algues, la production de nouveaux produits d’usage biosourcés, spectroscopie vibrationnelle, de masse et RMN.

Filtration membranaire, électrodialyse

Anthony MASSÉ

Conseiller scientifique

Maitre de conférence à l’Université de Nantes. Membre du laboratoire GEPEA (UMR CNRS 6144).

Spécialités : bioraffinage, couplage et intégration de procédés pour la bio-production ou le raffinage de bio-ressources, séparation de biomolécules, concentration, purification et fractionnement de composés cibles.

Ecologie industrielle

Jordan TALLEC

Ingénieur R&D

Il collabore plus particulièrement avec l’équipe BAM « Bioprocédés Appliqués aux Microalgues » du laboratoire GEPEA.

Ingénieur en génie des procédés et bioprocédés.

Spécialités : culture de microalgues sur des effluents industriels (eaux usées urbaines), recyclage des milieux, optimisation des procédés, photobioréacteur intensifié, sélection des longueurs d’onde de la lumière, formulation des milieux de culture, production de microalgues.

Microbiologie

Raphaëlle TOUCHARD

Ingénieure R&D

Elle collabore plus particulièrement avec l’équipe BAM « Bioprocédés Appliqués aux Microalgues » du laboratoire GEPEA (UMR CNRS 6144).

Master en Biotechnologie.

Spécialités : sourcing de souches sauvages, orientation métaboliques, forçage physiologique, compréhension des mécanismes de croissance physicochimique à l’échelle de la cellule, optimisation des paramètres de culture, suivi analytique de la composition de la biomasse / profilage.

Un projet innovant ? Parlons-en !

Les équipes de CAPACITÉS associent, stimulent et exploitent des compétences de haut niveau,
couvrant de larges champs d’expertises et d’applications pour répondre à toutes vos problématiques d’innovation !

ou envoyez-nous un message :

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Purification par Chromatographie de Partage Centrifuge

La Chromatographie de Partage Centrifuge présente le double avantage de réduire drastiquement la consommation de solvant et la durée du processus de purification.

Pour optimiser les méthodes de purification à l’échelle industrielle, nous travaillons sur l’identification du solvant approprié et la caractérisation hydrodynamique de chaque phase stationnaire. A l’aide de modèles numériques, nous transposons le procédé à échelle industrielle et vérifions la validité des calculs projetés.

Nos prestations d’ingénierie et de R&D

Nos experts accompagnent les fabricants d’extraits, de fragrances, de biomolécules et de principes actifs dans l’optimisation des procédés de purification : développement et mise au point de procédés, enrichissement et purification de molécules.

Extraction et purification de molécules

Comparer des procédés d’extraction, purifier des substances naturelles ou de synthèse et développer des méthodes pour le fractionnement des molécules d’intérêt.

Extraction réactive
Distillation
Filtration membranaire
Chromatographie liquide haute pression (HPLC)
CCD (Counter Current Distribution)
Chromatographie flash

Fractionnement de métabolites issus de biotechnologies

Caractériser l’extrait à fractionner et sélectionner la méthode de séparation adéquate pour obtenir une concentration optimale de la substance purifiée.

Evaluation de la complexité et recherche des meilleurs principes de séparation
Capture de métabolites : utilisation de phases liquides pour la récupération de métabolites en sortie de bioréacteurs (photobioréacteurs, fermenteurs)
Concentration et purification : combinaison d’opérations d’enrichissement et de concentration dans le respect du cahier des charges et d’écoconception de procédés

Design, dimensionnement et caractérisation des colonnes de CPC

Optimiser la séparation à une échelle donnée, réaliser une transposition d’échelle ou déterminer les dimensions optimales d’une colonne de chromatographie de partage centrifuge pour une purification à l’échelle industrielle.

Validation de la faisabilité sur pilotes commerciaux ou prototypes
Sélection des solvants et du principe de séparation : tests en pilulier avec des molécules cibles, détermination des paramètres physico-chimiques du système de séparation.
Travail sur la substitution de solvants et l’utilisation de solvants verts
Hydrodynamique et transfert de matière : identification et levée des limitations, intensification du procédé et paramètres de dimensionnement
Définition des dimensions d’une colonne de chromatographie de partage centrifuge : optimisation de la productivité et recherche d’un optimum technico-économique

Maîtrise et optimisation du procédé de purification

Réduire le nombre d’étapes du procédé de purification de substances naturelles à haute valeur ajoutée (peptides, alcaloïdes).

Choix du système biphasique liquide-liquide : éluant et phase stationnaire
Aide au choix de solvants alternatifs (biosolvant, solvant vert) et écoconception
Choix du mode de séparation : partage, déplacement, échange d’ions, chélation
Optimisation des conditions opératoires

Préparation du changement d’échelle des colonnes de CPC

Transposer un procédé de purification par CPC à l’échelle industrielle et réduire d’un facteur quatre le volume de solvant utilisé.

Mise au point des méthodologies de transposition des colonnes de CPC : validation de l’hydrodynamique des phases à différentes échelles et validation des performances de séparation
Réalisation du cahier des charges pour la séparation et la définition technique de l’équipement
Choix de l’équipement et du fournisseur adéquat
Validation de la transposition d’échelle

L’appui des laboratoires de recherche

Pour mener à bien vos projets d’innovation, nos équipes bénéficient de l’appui et des moyens techniques des laboratoires de Nantes Université.

Purification de molécules à échelle industrielle

Luc MARCHAL

Les travaux de recherche de L. Marchal portent sur le développement d’outils, de méthodes, de nouvelles applications et le changement d’échelle en Chromatographie de Partage Centrifuge d’une part, et le fractionnement de la biomasse microalgale (lyse, extraction, purification de métabolites) d’autre part. L. Marchal est conseiller scientifique auprès de CAPACITÉS.

Brevets et publications

L. Marchal compte 40 publications dans des journaux internationaux et des ouvrages scientifiques. L. Marchal est co-inventeur de 6 brevets.

L.Marchal a également participé à la rédaction d’articles scientifiques publiés par des revues reconnues comme Techniques de l’Ingénieur (voir la publication)

Chimie des flux

Jean-Hugues RENAULT

J-H Renault dirige l’Institut de Chimie Moléculaire de Reims (UMR CNRS 7312). Ses recherches, à l’interface de la chimie des produits naturels et du génie des procédés, portent sur le développement, la modélisation, l’intensification et la mise à l’échelle des procédés de purification par chromatographie de partage centrifuge (CPC).

Laboratoire GEPEA

Le GEPEA associe recherche amont et recherche appliquée afin de développer le Génie des procédés dans les domaines de l’Environnement, de l’Énergie, de l’Agroalimentaire et de la Valorisation des Ressources Marines.

Equipe de recherche BAM (Bioprocédés Appliqués aux Microalgues)

Cette équipe s’intéresse à la valorisation des microalgues : maîtriser et optimiser la bioréaction photosynthétique ; développer, optimiser et contrôler les procédés de production et de bioraffinage des microalgues ; intégrer les opérations unitaires pour la mise en place d’une exploitation industrielle optimisée.

Publications scientifiques de référence :

Sébastien Chollet, Luc Marchal, Jérémy Meucci, Jean-Hugues Renault, Jack Legrand, Alain Foucault, Methodology for optimally sized centrifugal partition chromatography columns, Journal of Chromatography A, Volume 1388, 2015, Pages 174-183
Alexis Kotland, Sébastien Chollet, Jean-Marie Autret, Catherine Diard, Luc Marchal, Jean-Hugues Renault, Modeling pH-zone refining countercurrent chromatography: A dynamic approach, Journal of Chromatography A, Volume 1391, 2015, Pages 80-87.

Laboratoire partenaire ICMR

L’Institut de Chimie Moléculaire de Reims est une unité mixte de recherche associée au CNRS depuis sa création en 2008 et rattaché à l’Institut de Chimie. Le projet d’unité se structure autour de questionnements originaux en matière de réactivité chimique, de caractérisation structurale ou de développements de procédés intensifiés associant les aspects de relations structures/fonctions, ce en lien avec les secteurs de la Chimie de Végétal, de la Santé, des Matériaux et des Nanosciences.

Notre parc de moyens d’essai et de mesure

Plus de 150 équipements dédiés

Nous vous proposons des prestations à façon, mobilisant parfois plusieurs appareils, afin de répondre précisément à votre besoin.

Appareils CPC de laboratoire (couplés avec détecteurs UV-visible et DEDL)
Appareils d’extraction Liquide-liquide de laboratoire et pilotes
Bancs analytiques (HPLC, GC-FID, GC-MS, RMN, FTIR, HPTLC)
Maquette de visualisation d’hydrodynamique et d’écoulement (Visual CPC)
Outils numériques (CFD, simulateur de chromatogrammes en mode élution et déplacement) pour l’intensification, la simulation de séparations et la transposition d’échelle