Cristallisation naturelle ou Génie chimique

Cristallisation

Un cristal se forme si la température d'une coulée descend assez lentement sous le point de fusion et que le mouvement thermique des différents atomes atteint une valeur si faible que les connexions réciproques ne peuvent plus être fracturées par des oscillations - on vient en formation d'un treillis uniforme qui est marqué par un ordre à distance. Ce treillis uniforme a une plus faible enthalpie libre que le verre amorphe, qui se dispose seulement selon un ordre local (la disposition locale des atomes ne se répète pas régulièrement dans un verre). On qualifie ce processus de cristallisation. Dans les cas où la température d'une coulée descend rapidement, différents phénomènes sont observés et les solides ainsi obtenus peuvent avoir des propriétés bien particulières.

Génie chimique

La cristallisation est une opération unitaire du génie chimique consistant à isoler un produit sous forme de cristaux. La cristallisation est l’une des opérations physiques les plus anciennes pratiquées, avec l'évaporation de l’eau de mer pour isoler du sel.

L’objectif de la cristallisation peut être :

• isoler un produit pour le récupérer sous forme solide ; c'est en quelque sorte l'inverse d'une distillation ;
• purifier un produit : lors de la cristallisation, les impuretés sont rejetées dans la phase liquide ;
• conférer au produit la bonne forme cristalline (morphologie, taille de particules, structure cristalline…) afin de l'étudier par différentes techniques comme la diffraction des rayons X ou pour lui assurer la stabilité et la biodisponibilité nécessaire dans le cas d'une substance pharmaceutique (voir polymorphisme et forme galénique) ;
• dans le cas des polymères, accroître les propriétés mécaniques.

Les modes de cristallisation

Plusieurs approches sont utilisées :

• transition de phase :

 - cristallisation à partir d'une phase vapeur : sublimation suivie par une condensation solide,

 - cristallisation à partir d'un milieu fondu : fusion suivie par une solidification ;

• cristallisation à partir d'une solution :

 - cristallisation par refroidissement : l'abaissement de la température de la solution provoque la diminution de la solubilité du produit en solution ce qui induit sa cristallisation,

 - cristallisation par évaporation : l'évaporation du solvant provoque l'augmentation de la concentration du produit en solution ce qui induit sa cristallisation. C'est cette méthode qui est utilisée dans les marais salants,

 - cristallisation par relargage : l'addition d'un sel ou d'un contre-solvant (qui ne dissout pas ou peu le produit à cristalliser) miscible avec le solvant provoque le relargage du produit en solution ce qui induit sa cristallisation. Idéalement, le contre-solvant solubilise les impuretés.

Précipitation

La cristallisation est différente de la précipitation dans le sens où le produit cristallise lentement. La cristallisation est contrôlée pour éviter de piéger du solvant ou des impuretés dans les cristaux et pour obtenir la bonne forme cristalline.

Recristallisation

La recristallisation est une étape de purification, en fin de synthèse. Le solide à purifier est dissous à reflux dans le minimum de solvant approprié. La solution obtenue est filtrée à chaud pour éliminer les impuretés éventuelles insolubles. Le filtrat est refroidi lentement pour faire cristalliser le produit. La suspension obtenue est filtrée pour séparer les impuretés solubles dans le solvant du produit désiré.