Contributions numérique et expérimentale à la formation de complexes pharmaceutiques par chimie verte : simulations par DEM pour mise à l'échelle et pour le couplage mécanique/réaction/diffusion dans le cadre de transformations mécanochimiques

Numerical and experimental contributions to the formation of pharmaceutical complexes by green chemistry: DEM simulations for scale-up and for mechanical/reaction/diffusion coupling in the context of mechanochemical transformations

• Auteur / Autrice : Emma Gueneron
• Direction : Rachel Calvet, Alain Chamayou
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2025
• Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : RAPSODEE - Centre de Recherche d'Albi en Génie des Procédés, des Solides Divisés, de l'Energie et de l'Environnement

Mots clés

Mots clés libres

Chimie verte

Mécanichimie

Scale-up

Dem

Industrie pharmaceutique

Green chemistry

Mechanochemistry

Scale-up

Dem

Pharmaceutical industry

Résumé

La mécanochimie est une technique de chimie verte qui emploie l'énergie mécanique, par exemple via broyeurs, pour effectuer des réactions chimiques. Cette technique permet la réduction de la consommation des substances dangereuses et d'énergie qui sont un besoin majeur dans l'industrie pharmaceutique. Son utilisation à des échelles pilote et industrielle est très rare due à des défis scientifiques, où la méconnaissance des liens entre l'action mécanique et la cinétique de réaction est un verrou important. Par ailleurs, la méthode des éléments discrets (DEM) permet de quantifier l'action mécanique lors des impacts pendant le broyage. L'objectif central de la thèse est de développer pour la première fois une méthodologie couplée (expérimentale et numérique DEM) pour la mise à l'échelle pilote d'un procédé de mécanochimie pharmaceutique qui pourrait permettre la mise en échelle à moindre coût et en moins de temps. D'autre part, la DEM n'a été utilisée en mécanochimie que pour la modélisation mécanique. Dans un deuxième temps afin d'augmenter la fidélité du modèle, la thèse explorera l'ajout à la modélisation DEM des phénomènes de réaction et diffusion, essentielles dans la transformation mécanochimique. Le principal résultat de la thèse sera une méthodologie qui pourrait être adaptée à des procédés de mécanochimie au-delà de l'industrie pharmaceutique.

Mechanochemistry is a green chemistry technique that uses mechanical energy, for example via mills, to carry out chemical reactions. This technique reduces the consumption of hazardous substances and energy, which are major needs in the pharmaceutical industry. Its use on pilot and industrial scales is very rare due to scientific challenges, where the lack of knowledge of the links between mechanical action and reaction kinetics is a major obstacle. In addition, the discrete element method (DEM) can be used to quantify the mechanical action of impacts during grinding. The central objective of the thesis is to develop, for the first time, a coupled methodology (experimental and numerical DEM) for the pilot scale-up of a pharmaceutical mechanochemical process, which could allow scale-up at lower cost and in less time. On the other hand, DEM has only been used in mechanochemistry for mechanical modelling. Secondly, in order to increase the fidelity of the model, the thesis will explore the addition to DEM modelling of reaction and diffusion phenomena, which are essential in mechanochemical transformation. The main outcome of the thesis will be a methodology that could be adapted to mechanochemical processes beyond the pharmaceutical industry.