ENGINEERINGNET.BE - Lyophitech et Air Liquide associent ainsi la puissance du froid cryogénique à une technologie de lyophilisation dynamique.
L’enjeu n’est donc pas seulement de disposer de froid, mais de l’intégrer au cœur même du procédé.
Quand la congélation doit être instantanée
Dans la lyophilisation dynamique, tout commence par une congélation rapide. À −196 °C, l’azote liquide extrait la chaleur du produit en quelques secondes et permet de former directement des billes ou des perles congelées en quelques secondes. La structure obtenue lors de cette étape joue ensuite un rôle essentiel dans le séchage.
La vitesse de congélation permet de contrôler la formation des cristaux de glace et, par conséquent, la structure du produit congelé. Pour les produits biopharmaceutiques sensibles, cette maîtrise est particulièrement importante pour préserver leurs propriétés. La congélation rapide crée ainsi les conditions nécessaires à l’étape suivante : le séchage par sublimation.
La congélation n'est que le début
Une fois congelées, les billes sont transférées vers le système de lyophilisation dynamique. Elles sont alors séchées en vrac, sous vide et en mouvement, plutôt que dans un environnement statique. Cette mise en mouvement favorise les transferts de chaleur et de matière et permet un séchage homogène des billes.
La congélation et la sublimation sont ainsi deux étapes distinctes et complémentaires. Le produit est d’abord solidifié très rapidement sous l’effet du froid cryogénique, puis séché dans des conditions de vide et de mouvement adaptées à ses caractéristiques. L’azote liquide ne sert donc pas uniquement à congeler le produit : il permet de créer, dès le départ, la structure qui sera ensuite prise en charge par le procédé de lyophilisation dynamique.
Du froid sans compresseur
Le froid reste également essentiel pendant le séchage. La vapeur d’eau libérée par sublimation doit être captée et condensée ; un système de condensation cryogénique utilisant l’azote liquide permet d’assurer cette fonction. Cette solution fournit une puissance frigorifique importante sans recourir à un système frigorifique classique comme la compression.
Cette architecture peut également simplifier la conception de l’installation et limiter les composants mécaniques associés à la production de froid. L’azote liquide permet par ailleurs de réaliser cette fonction sans utiliser de fluide frigorigène fluoré. Le choix de la source de froid devient ainsi un élément à part entière de la conception du procédé.
Lyophitech : de la dynamique dans la lyophilisation
Côté équipement, Lyophitech transforme ce principe en une technologie de lyophilisation dynamique. Avec le MiniDYN®, l’entreprise permet d’étudier les formulations et les paramètres critiques du procédé dès l’échelle du laboratoire.
Les études de développement et de faisabilité permettent de déterminer comment un produit se comporte dans le procédé et d’identifier les conditions de congélation et de séchage les plus adaptées. Ces données constituent ensuite la base du changement d’échelle (scale-up) vers la production industrielle. Lyophitech accompagne ainsi ses clients dans le développement du procédé, la conception des équipements et l’optimisation des cycles de séchage (DYNXpert®, MegaDYN®)
Air Liquide : le froid au service du procédé
Côté cryogénie, Air Liquide apporte son expertise dans l’approvisionnement en azote liquide et dans sa mise en œuvre au sein du procédé. Dans certaines applications biopharmaceutiques, l’azote peut être en contact direct avec le produit. La qualité de l’azote utilisé constitue alors un élément essentiel du procédé.
La simple fourniture d’azote ne suffit toutefois pas. L’installation cryogénique doit être dimensionnée en fonction des besoins de l’application : débit, stockage, distribution et conditions d’utilisation doivent être pris en compte dès la conception. Spécialiste des gaz industriels, Air Liquide accompagne ainsi l’intégration de l’azote liquide, depuis les essais de développement jusqu’à l’exploitation industrielle.
Quand l'équipement et le froid se rencontrent
La technologie de lyophilisation et l’alimentation cryogénique sont étroitement liées. Dès la phase de développement, les conditions de congélation, les besoins en azote liquide et les paramètres de séchage sont donc étudiés conjointement. Des essais en conditions représentatives permettent ensuite de valider les réglages retenus pour l’application.
Cette approche se poursuit lors du passage à l’échelle industrielle. Lyophitech apporte son expertise dans la conception des équipements et l’optimisation des cycles de séchage, tandis qu’Air Liquide accompagne la fourniture et la gestion de l’azote liquide. Les conditions définies lors du développement peuvent ainsi être transposées de manière cohérente vers la production.
L'énergie ne s'arrête pas à la source de froid
La lyophilisation est un procédé énergivore. Il est donc important de considérer l’ensemble du procédé et pas uniquement la production de froid. Dans la lyophilisation dynamique, plusieurs leviers peuvent contribuer à améliorer l’efficacité globale : la congélation cryogénique rapide, l’optimisation des cycles de séchage et une conception adaptée de l’installation.
Le mouvement des billes pendant le séchage favorise les échanges de chaleur et de matière et permet d’adapter les conditions de séchage aux caractéristiques du produit. Un pilotage précis du cycle permet également d’éviter de prolonger inutilement certaines phases du procédé. L’efficacité énergétique se construit ainsi à l’échelle de l’ensemble du système.
Penser le froid dès le départ
Les évolutions technologiques peuvent rapidement ouvrir de nouvelles possibilités. Dans la pratique industrielle, elles ne sont pourtant souvent prises en compte qu’au moment d’un investissement, d’une modernisation d’installation ou de l’apparition d’une nouvelle exigence. En matière de technologie du froid, attendre ce moment peut conduire à devoir adapter plus tard une installation déjà conçue autour d’un autre concept.
Il est donc pertinent d’évaluer suffisamment tôt les nouvelles solutions disponibles et leur adéquation avec ses propres applications. Car anticiper une évolution technologique ne consiste pas seulement à regarder ce qui existe aujourd’hui : c’est aussi se donner les moyens de concevoir dès maintenant l’installation dont on aura besoin demain.
Sur la photo en haut: sur le site de Lyophitech, l'azote liquide fournit le froid nécessaire à la surgélation cryogénique et constitue ainsi un élément essentiel du concept de l'installation. (© Lyophitech / Air Liquide.
