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Thèse soutenue

Étude de la cristallisation discontinue par spectroscopie ATR-FTIR in-situ, analyse d'image et modélisation par bilan de population bidimensionnel : application à la vanilline

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Auteur / Autrice : Mathieu Oullion
Direction : Gilles Févotte
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Matériaux macromoléculaires
Date : Soutenance en 2005
Etablissement(s) : Lyon 1

Résumé

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La problématique initiale de ce travail concerne la cristallisation en solution. L'objectif majeur est la maîtrise des propriétés d'usage des poudres issues de l'opération, telles que la surface spécifique, la coulabilité, la filtrabilité. . . Celles-ci dépendent essentiellement de la taille et du faciès des particules. Le produit étant hétérogène et contenant un grand nombre de particules, la prévision se base sur l'estimation d'une fonction statistique représentant la distribution en taille et en forme de cristaux (DTC 2D). Notre étude a consisté à mettre au point une méthodologie qui permette d'accéder aux cinétiques des différents mécanismes impliqués au cours de la cristallisation d'un composé modèle : la vanilline. Le solvant choisi est un mélange eau/éthanol et les cristaux produits sont de forme plaquettaire. Notre méthode se fonde à la fois sur l'expérimentation et la modélisation. Un pilote de cristallisation discontinu a été mis en place. Il permet de suivre la concentration en ligne grâce à un dispositif ATR-FTIR. De plus, des prélèvements de suspension sont réalisés en cours d'opération, puis analysés sous un microscope optique pour estimer la DTC 2D (longueur et largeur des plaquettes). Par aillleurs un programme de résolution du bilan de population 2D a été écrit afin de modéliser la cristallisation de la vanilline en considérant 2 directions de croissance. Une étude des effets découlant en particulier des conditions d'ensemencement et de refroidissement a été réalisée. Puis, les paramètres cinétiques du modèle ont été identifiés grâce à un programme d'optimisation. Le modèle a ensuite été validé sur une douzaine de cristallisations, en comparant les imulations aux données expérimentales. Les principaux résulats montrent que la croissance cristalline peut être responsable d'une discontinuuité sans l'évolution des la sursaturations. D'autre part, l'évolution du rapport entre les cinétiques de croissance des deux faces principales peut expliquer l'évolution du faciès des particules en fonction du niveau de sursaturation. Enfin, la nucléation secondaire a un impact fort sur la DTC finale, elle semble mettre en jeu à la fois un mécanisme ''activé et un mécanisme d'attrition