Le CO2 supercritique appliqué à l'extraction végétale

L'extraction par fluides supercritiques est d'abord apparue pour l'extraction végétale.

Découverte (extraction supercritique procédé alternatif à la distillation)

L'extraction supercritique est apparue au stade industriel vers la fin des années 1970 comme procédé alternatif à la distillation de plantes. L'utilisation du CO₂ supercritique (CO₂ SC) comme solvant d'extraction de molécules organiques à partir de plantes est l'application la plus ancienne et la plus développée à l'échelle industrielle, notamment dans le secteur agroalimentaire. Le premier exemple d'industrialisation de ce procédé concerne la dé-caféination du café. Le CO₂ de par ses propriétés physico-chimiques (incolore, inodore, non toxique, non inflammable) est le fluide supercritique le plus utilisé. De plus, du fait de ses conditions critiques modérées (T_c = 31 °C, P_c = 73,8 bar), le CO₂ SC est très rapidement apparu comme un candidat particulièrement approprié à l'extraction végétale, et ce notamment comme alternative aux solvants organochlorés. Depuis, de nouvelles applications du CO₂ SC pour l'extraction de plantes sont apparues et ont permis de confirmer les potentialités de ce fluide comme solvant alternatif de choix, non seulement pour l'extraction d'une large gamme de composés naturels mais également pour bien d'autres applications relatives au végétal.

Développement durable et « chimie verte » (enjeux)

L'intérêt croissant porté ces dernières années aux questions environnementales a permis l'émergence de solutions innovantes s'engageant définitivement dans le développement durable. Ainsi les procédés chimiques respectant les douze principes fondateurs de la « chimie verte » ont connu un remarquable essor au cours de ces vingt dernières années. Le développement de nouvelles technologies de séparation dans l'industrie chimique, pharmaceutique, cosmétique et alimentaire est lié aux exigences pour la protection de l'environnement, la santé publique et au besoin de minimiser la consommation énergétique des procédés. Par exemple, l'utilisation des solvants organiques pour le traitement des matières végétales est soumise à des restrictions de plus en plus fortes, en particulier depuis la mise en œuvre de la directive REACH, visant à assurer un niveau élevé de protection de la santé humaine et de l'environnement, contre les risques que peuvent poser ces produits chimiques. Ces restrictions sont particulièrement importantes dans le domaine de l'industrie alimentaire, pour laquelle il devient urgent de proposer des substances alternatives aux solvants organiques traditionnellement utilisés dans les procédés d'extraction ou de purification de la matière végétale. L'extraction par fluide supercritique, et plus particulièrement par le CO₂ supercritique, a été introduite comme alternative à ces procédés d'extraction par solvants.

Les fluides supercritiques et l'extraction végétale (procédé écologique/économique)

Le CO₂ est le fluide supercritique le plus utilisé car il présente des avantages notables : non toxique, non polluant, non inflammable, largement disponible à de très hauts degrés de pureté (jusqu'à 99,99999 %) et à des coûts modérés (de l'ordre de 1 €/kg). De plus ses paramètres critiques sont faibles (T_c = 31 °C, P_c = 73,8 bar) ce qui en fait un solvant « vert » ayant des applications industrielles tout à fait innovantes. Le principe de l'extraction végétale utilisant le dioxyde de carbone supercritique (CO₂ SC) repose sur la forte variation du pouvoir solvant du CO₂ en fonction des conditions opératoires (température et pression), ce qui permet d'extraire sélectivement les molécules selon leur nature chimique. Très faiblement polaire, le CO₂ se révèle être un excellent solvant des molécules apolaires ou peu polaires dans les conditions supercritiques. Partant de ce principe, une fois le composé désiré dissous dans le milieu CO₂ SC, il sera aisé d'obtenir l'extrait pur par une simple dépressurisation qui entraîne alors la séparation du CO₂, redevenu gazeux, et de l'extrait, récupéré sous forme liquide ou solide. Les procédés supercritiques s'acquittent des opérations d'élimination des résidus de solvant (extraction, imprégnation, formulation), opérations indispensables lorsque ce solvant est un composé organique. De plus, les faibles températures mises en œuvre (en général de 40 à 60 °C) permettent de conserver l'intégrité chimique des molécules thermosensibles traitées et de minimiser les coûts opératoires. Ces propriétés font de l'extraction par fluides supercritiques une alternative, écologiquement et économiquement viable, aux procédés de distillation.

Les principes de l'extraction par CO₂ SC reposent sur les propriétés physico-chimiques des fluides supercritiques et connaissent des applications en extraction végétale toujours plus innovantes.