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Extraction des substances naturelles

La parfumerie, la cosmétique, la pharmacie ..., ont utilisé depuis des millénaires des substances naturelles, extraites le plus souvent des végétaux.
Les extraits sont des arômes, des huiles essentielles, des principes actifs, ....
Les procédés d'extraction les plus courants sont:
  • l'hydro-distillation ou l'entraînement à la vapeur
  • l'extraction par solvant
  • l'extraction par le CO2 supercritique
  • le pressurage à froid
  • la macération
  • l'enfleurage
Toutes les méthodes d'extraction ne sont pas équivalentes; les substances contenues dans les plantes présentent des comportements variables:
  • plus ou moins volatiles
  • plus ou moins polaires
  • pouvant réagir avec l'eau
  • pouvant être dégradés par la chaleur
Les propriétés de l'extrait dépendent largement de la méthode employée:
  • le pressurage permet la rupture de la paroi de poches contenant l'huile que ne permet pas l'extraction par solvant
  • le CO2 permet une extraction plus sélective que d'autres solvants
  • la distillation ne permet d'extraire que les substances volatiles et stables à la température

Distillation à la vapeur

C'est la méthode la plus courante pour extraire les huiles essentielles. Celle-ci est vaporisée au moyen d'un flux de vapeur d'eau qui est ensuite condensé.
La plante à traiter est placée dans une grande grande cuve fermée. La vapeur d'eau provenant d'un générateur traverse le lit végétal et vaporise toutes les substances volatiles de la plante en cédant une partie de sa chaleur.
Le mélange est ensuite conduit vers un condenseur qui est un échangeur de surface refroidi généralement par de l'eau. En se refroidissant le mélange de vapeurs condense et le liquide est conduit vers un séparateur. Le liquide est constitué d'eau et d'huile essentielle. Ces deux substances ne sont pas miscibles et se séparent donc naturellement en deux couches, sous l'effet de la gravité. Si l'huile est plus dense que l'eau, elle sera récupérée sous la couche d'eau; si l'huile est moins dense que l'eau, elle sera récupérée au-dessus de la couche d'eau.
Pression, température, temps de traitement du végétal sont les paramètres qui permettent d'optimiser la qualité de l'huile extraite.

Distillation à l'eau

La distillation à l'eau est une variante plus douce de la distillation à la vapeur. Certaines plantes fragiles sont dégradées par l'usage de la vapeur. Elle consiste à couvrir le lit végétal d'eau liquide puis à chauffer l'ensemble par un moyen externe qui portera l'eau à ébullition. En se vaporisant, l'eau entrainera les substances volatiles de la plante. Le mélange subira ensuite le même traitement que pour la distillation à la vapeur.

Extraction par solvant

L'extraction par solvant est généralement destinée aux plantes peu productives en huile ou contenant des huiles peu volatiles ou encore dégradées par la chaleur de la distillation. Des résidus de solvant pouvant se subsister dans l'extrait, ceux-ci doivent le plus souvent être de qualité alimentaire (éther de pétrole, éthanol, hexane, butane, diméthyléther ...).
L'extraction par solvant est peu sélective, et parfois certaines substances indésirables (cires, graisses, pigments, ...) seront extraites simultanément.
Le végétal est divisé finement pour favoriser le transfert vers le solvant. Cependant des particules trop fines rendront plus difficile la récupération du solvant qui subsistera par imprégnation.
Le végétal est mis en contact avec le solvant le temps nécessaire pour dissoudre les huiles. La solution est recueillie et le solvant évaporé pour récupérer l'extrait de la plante sous une forme liquide ou solide selon sa nature. Le solvant évaporé est condensé pour être recyclé vers une nouvelle extraction.
L'évaporation du solvant est menée à une température aussi basse que possible. Celle-ci dépend de la nature du solvant. Les gaz liquéfiés (butane, diméthyléther, ...) permettent des températures proches de l'ambiante. Quelle que soit la température d'évaporation du solvant, un apport de chaleur sera nécessaire.
Le contact du végétal avec le solvant pourra être:
  • statique; on pourra parler de macération (à froid) ou bien de décoction ou d'infusion (à chaud)
  • dynamique; on pourra parler de percolation

Extraction par CO2 supercritique

Les fluides supercritiques sont des substances utilisées au delà de leurs températures et pression critiques. Pour une température supérieure à la température critique, la substance est gazeuse et ne peut plus être condensée quelle que soit la pression. Pour les pressions supérieures à la pression critique, un gaz, possède la densité d'un liquide et son pouvoir solvant.
De nombreuses substances peuvent être employées comme fluide supercritique, mais le CO2 est le plus souvent choisi en raison de ses propriétés critiques relativement basses, de sa disponibilité, de son faible coût et de son abscence de toxicité.

Le CO2 à l'état supercritique (température >31°C et pression >74 bars) agit comme un solvant liquide. Cependant son pouvoir de diffusion dans le matériau à traiter est très supérieur aux liquides habituels; son pouvoir d'extraction est donc supérieur. C'est un solvant non polaire qui extrait préférentiellement les substances non polaires.

Le lit végétal est traversé par le CO2 supercritique maintenu à pression très élevée (>80 bars) qui dissout et  entraîne avec lui les huiles de la plante. Il est ensuite vers une chambre de détente à pression plus faible où le CO2 retrouve un état gazeux. Là il se sépare des huiles extraites qui elles restent liquides.

La macération

En parfumerie, ce terme désigne une extraction par une huile. Dans ce cas l'extrait ne sera pas séparé du solvant. Le végétal sera préalablement séché, l'humidité pouvant favoriser des phénomènes de rancissement ou des développement bactériens.

L'enfleurage

En parfumerie, ce terme désigne une extraction de substances extrêmement volatiles de pétales de fleurs par une graisse.
Technique exclusivement artisanale.

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