Multiscale investigation of caking phenomenon of lactose powders : from physico-chemical aspects to industrial applications

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Étude multi-échelles du phénomène de mottage des poudres du lactose : de la physico-chimie des matériaux aux applications industrielles Cette thèse porte sur le problème fondamental du mottage des poudres suite aux mécanismes de transition de phase. Le projet vise à étudier l'impact des facteurs intrinsèques (structure moléculaire des matériaux, propriétés physiques et/ou physicochimiques, etc.) ou des facteurs environnementaux (conditions de stockage ou paramètres de procédé) sur la stabilité de la structure des poudres. Plus précisément, notre étude a mis en évidence le rôle prépondérant du phénomène de cristallisation et des transitions entre les différents polymorphes du lactose. L'accent a été mis sur le rôle des phénomènes de cristallisation et de la transition de phase dans l'apparition du mottage des poudres de lactose. Deux cas ont particulièrement retenu notre attention: (1) des poudres de lactose monohydrate contenant une fraction de particules amorphes et (2) des échantillons de poudre anhydre composés des anomères α et β du lactose. Dans les deux cas, le mottage a été induite par l'exposition des échantillons à l'air humide, soit dans un dispositif de sorption dynamique de vapeur (SPS), soit par des tests accélérés utilisant deux appareils conçus et réalisés dans notre laboratoire (CLAIR & OLAF). Nos résultats ont montré que, dans les deux cas, la principale cause de prise en masse était la formation de lactose monohydrate, qui est la forme la plus stable parmi tous les polymorphes de lactose. Cependant, les mécanismes élémentaires, les étapes limites et la cinétique du processus de transformation étaient différents dans chaque cas. Les paramètres les plus déterminants étaient l’humidité relative et la température alors que la pression n’a pas eu d’effet significatif. La résistance mécanique des échantillons mottés était étroitement liée au taux et à la cinétique de cristallisation. Enfin, des simulations numériques basées sur la méthode des éléments discrets (DEM) de la résistance mécanique des échantillons mottés ont été réalisées. Le modèle permet de décrire le comportement des échantillons mottés soumis à des contraintes mécaniques de compression ou de traction.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.