lyophilisation

Lors de la lyophilisation (également appelée séchage par congélation), l'eau d'un produit préalablement congelé passe directement de l'état solide à l'état gazeux (sublimation) sans passer par l'état liquide. Pour ce faire, le produit est d'abord congelé, puis conservé dans une chambre de séchage à pression fortement réduite, tandis qu'un condenseur sépare la vapeur d'eau produite sous forme de glace. La température du produit doit rester inférieure à la température critique du produit afin d'éviter un effondrement de la structure (point eutectique ou point de rupture).

Le processus est décrit en trois phases :

• Phase de congélation : le produit est refroidi à une température inférieure à son point de congélation sur une surface réglable en température, de sorte que l'eau qu'il contient se cristallise.
• Séchage primaire : sous vide et à température modérée, la glace se sublime, ce qui permet d'éliminer la majeure partie de l'eau, qui se dépose ensuite sur le condenseur à glace.
• Séchage secondaire : l'humidité résiduelle restante, plus fortement liée, est éliminée par désorption à une pression encore plus basse et à des températures plus élevées, jusqu'à ce que l'humidité finale souhaitée soit atteinte.

Un point central est la consommation d'énergie nécessaire à la sublimation de la glace. À titre approximatif :

Q = m_w * Δh_sub

• Q: Quantité de chaleur nécessaire à la sublimation
• m_w: Masse d'eau à éliminer
• Δh_sub: enthalpie spécifique de sublimation de l'eau

Le taux de sublimation dépend essentiellement de la différence entre les pressions de vapeur d'eau au-dessus du produit et au-dessus du condenseur :

dm_w/dt ∝  (p_v,produit −  p_v,condenseur)• dm_w/dt : débit massique de l'eau sublimée

• p_v,Produit : pression de vapeur d'eau à la surface du produit
• p_v,Condenseur : pression de vapeur d'eau au niveau du condenseur

La lyophilisation est principalement utilisée pour les produits thermosensibles ou à structure critique, par exemple les principes actifs pharmaceutiques, les vaccins, les enzymes, les cultures, les aliments instantanés, le café ou les fruits de haute qualité, car ce procédé permet de conserver en grande partie la forme et la structure poreuse des produits séchés. La matrice poreuse ainsi obtenue permet un réhumidification et une reconstitution rapides.