Lyophilisation - Définition

Principe de la lyophilisation

La lyophilisation consiste à ôter l’eau d’un produit liquide, pâteux ou solide, à l’aide de la surgélation puis une évaporation sous vide de la glace sans la faire fondre. Le principe de base est que lorsqu’on réchauffe de l’eau à l’état solide à très basse pression, l’eau se sublime, c’est-à-dire qu’elle passe directement de l’état solide à l’état gazeux. La vapeur d’eau (ou de tout autre solvant) quitte le produit et on la capture par congélation à l’aide d’un condenseur, ou piège froid. Cette technique permet de conserver à la fois le volume, l’aspect et les propriétés du produit traité. Elle peut avoir lieu naturellement (séchage en montagne), ou, plus rapidement, dans un lyophilisateur.

On distingue trois phases majeures dans un cycle de lyophilisation :

• la congélation, où les produits sont réfrigérés à des températures de l’ordre de -20 °C à -80 °C ; l’eau se transforme alors en glace.
• la dessiccation primaire, sous vide, qui consiste à sublimer la glace libre (interstitielle), donc sans effet d’ébullition (pas d’eau en phase liquide).
• la dessiccation secondaire, qui permet d’extraire par désorption les molécules d’eau piégées à la surface des produits séchés.

À la fin du cycle, le produit ne contient plus que 1 % à 5 % d’eau, ce qui est extrêmement faible.

Applications

Café soluble

Le procédé est très onéreux, du fait des machines à mettre en œuvre, mais aussi de leur consommation en eau de refroidissement, en azote et en énergie. C’est pourquoi on l’emploie pour des produits à très forte valeur ajoutée, dans l’industrie pharmaceutique ou pour les produits biologiques altérables tels que les vaccins, les enzymes ou les éléments sanguins, et en particulier les anticorps, les hormones… Dans l’état actuel des connaissances, la lyophilisation du sang complet n’est pas encore possible : pour ne pas détruire les globules rouges, la congélation doit être effectuée à très basse température (sans quoi les cristaux de glace détruisent les cellules) ce qui oblige à sublimer à des niveaux de vide inférieurs à 1 µbar. Des recherches continuent pour dérouler le processus de lyophilisation dans de tels niveaux de vide et de température.

L’industrie agroalimentaire est très utilisatrice de ce type de procédé (café soluble, champignons, céréales, etc.). Plus marginalement, on utilise aussi la lyophilisation pour la conservation de documents anciens endommagés par l’eau, pour préserver des vestiges archéologiques retrouvés en milieu humide ou pour conserver de petits animaux ou végétaux. Une entreprise canadienne est également connue pour ses bouquets de fleurs lyophilisés.

Bien que les lyophilisateurs soient très coûteux (plusieurs millions d’euros pour les plus gros et jusqu’à 2 500 kWh⋅m^-3 d’eau à évaporer), cette technique est utilisée pour les produits à forte marge. Les procédés sont soit discontinus, soit continus.