CHAPITRE 3 PHARMACIE GALÉNIQUE FACULTÉ DE PHARMACIE DE MONASTIR - DCEP 1 2013-2014
I. Définition Le broyage est une opération pharmaceutique qui consiste à réduire la taille des particules sous l effet d une force mécanique. Il faut que cette force permette de dépasser le seuil de déformation plastique et atteindre la rupture du matériaux pulvérilant. Une déformation élastique est une déformation qui donne son état initial au matériau si la contrainte cesse. Au delà d une certaine contrainte on aura une déformation irréversible et au delà on aura une rupture qui est notre objectif lors du broyage. II. Intérêt Augmenter la surface spécifique et donc améliorer la vitesse de dissolution. Optimiser le processus de fabrication : Assurer l homogénéité des mélanges. Améliorer les propriétés d'écoulement. Améliorer la comprimabilité. Améliorer la désagrégation. Accélérer la vitesse de dissolution. Assurer la reproductibilité des lots. Améliorer la biodisponibilité (griséofulvine, amphotéricine, nitrofurantoïne). III.Étapes préliminaires La première étape est la mondation. Il s agit d une opération de triage. Elle débarrasse la drogue animale ou végétale des constituants inutiles. La deuxième étape est le concassage. C est une opération de division grossière. On a des particules de taille inférieure au centimètre. Elle est souvent utilisée en pré-broyage. Elle est subdivisée en concassage primaire (100-150 mm), secondaire (25-50 mm) La troisième étape est le séchage. Il est indispensable pour les poudres d origine animale et végétales. On effectue ensuite le broyage fin qui est la pulvérisation et qui concerne des particules qui varient de 10 à quelques centaines de µm. Au-delà on parle de granules. On peut aller au broyage ultra fin qui nous permet d avoir des poudres 1
de l ordre de quelques µm. On peut même atteindre des tailles de l ordre du nanomètre. IV.Méthodes de broyage 1.Les modes de broyage a) Écrasement Il consiste à soumettre la substance à diviser à une contrainte ou une force jusqu'à ce qu on atteigne l étape de fracture de la substance. Cette contrainte a pour origine un corps broyant généralement lourd (masse importante) et qui est mobile. La substance se trouve coincée entre la partie mobile et la deuxième partie du broyeur qui est la partie fixe. b) Percussion ou choc Les particules sont en mouvement et au cours de leurs mouvements elles vont percuter des obstacles qui peuvent être une partie fixe ou une partie mobile (se déplace vers la particule). La percussion peut avoir lieu également entre les particules en mouvement très accéléré. Suite aux chocs qu ils vont subir les particules vont se diviser. c) Cisaillement On utilise des lames tranchantes et on peut avoir une partie fixe et une lame mobile. Ces lames vont rencontrer la particule et la coupent. d) Attrition ou Abrasion Il s agit d un frottement contre une surface rugueuse. Elle consiste à exercer sur la particule une force généralement par un mouvement circulaire et la différence par rapport à l'écrasement est le contact permanent du mobile avec les particules. 2.Les broyeurs On peut donc avoir différents broyeurs selon le mode de broyage. Pour tous les broyeurs on a une chambre de broyage et on a des organes broyants qui font que le broyeur agit par un certain mode de broyage. On a toujours une partie fixe qu on appelle le stator et une partie mobile qu on appelle le rotor. La partie mobile avance avec une grande vitesse. Avec un broyeur on peut fixer la granulométrie qu on veut obtenir. On fixe l ouverture qui est en bas pour empêcher la sortie de particules supérieures à la taille voulue. 2
Comme pré-broyage, on peut utiliser un broyeur à mortier qui est un mortier automatique très lourd. On utilise des matériaux très durs qui ne doivent pas être usés par l opération de broyage car s il y a un phénomène d abrasion il va libérer des particules au produit qu on va broyer et le produit sera contaminé. Ces matériaux sont généralement de l acier inoxydable et ce sont des broyeurs qui pèsent très lourd. Grace à ce mode de broyage, c est un broyeur qui donne des poudres très petites. On peut utiliser aussi un broyeur à disque (un disque de broyage mobile tourne contre un disque fixe et saisit le produit à broyer). Elle utilise une rotation qui agit par cisaillement avec des lames tranchantes présentes sur les disques. On peut aussi utiliser un broyeur à couteaux. Le rotor porte les couteaux et le broyage se fait par cisaillement. Avec tous ces broyeurs on peut fixer la granulométrie. On peut utiliser le mortier et le pilon traditionnel (en porcelaine, en verre ou en marbre). On peut utiliser un broyeur à billes. Il est constitué d une cuve mobile (en rotation autour d un axe vertical ou horizontal). On introduit le produit à broyer dans la cuve et on introduit des billes ou des boulets (selon la taille voulue). Ce sont des cuves et des billes et des boulets en acier inoxydable mais on peut trouver des cuves en porcelaine et dans ce cas on parle de jarre destinée à recevoir le produit. On fixe la vitesse à l avance et on assiste à une rotation du produit et de la bille au même temps que la cuve. La vitesse de rotation doit être bien étudiée car au delà d une certaine vitesse il se crée des forces centrifuges et on peut voir la poudre collée contre les parois et elles sont plus en mouvement. On a une formule qui donne la vitesse critique : V = ( g r ) 1 2 On choisit une vitesse de rotation inférieur à la vitesse critique et qui permet une rotation des particules et les billes ne vont pas vers les parois. Au cours de ce broyage on assiste à une réduction de la taille par un phénomène de percussion qui va avoir lieu entre les particules et les boulets mais encore entre les particules ellesmêmes. Ce broyeur est très efficace car il peut aller jusqu à un changement 3
morphologique et il peut passer de l état cristallin à l état amorphe (recherchée ou non). On peut fixer les paramètres pour éviter la transformation vers l état amorphe sauf si l effet est recherché. Étant donné qu il y a une cuve, la poudre va rester à l intérieur sans sortir qu à la fin de l opération. Un autre type de broyeur est un broyeur à marteau. Ces organes de broyage sont constitués par un marteau qui n est pas rigide. La partie intérieure est mobile par rapport à un axe. Quand elle tourne les marteaux tournent et le bras à un certain mouvement qui favorise le broyage. Au cours de la rotation, les particules seront écrasés tout d abord par écrasement mais aussi par percussion (avec les marteaux ou avec les particules elles-mêmes). Dans toutes les chambres de broyage (en dehors de la jarre), il y a une grille perforée a une ouverture de maille bien déterminée. Avant de démarrer le broyage ou choisit l ouverture de maille voulue pour contrôler la granulométrie. Les particules quittent la chambre si la taille est inférieure à l ouverture de maille. Un autre type de broyeur est un broyeur à cylindres. Ces cylindres tournent sur des axes horizontaux. On a deux praires de cylindres qui ont une paroi qui peut être lisse ou cannelée (avec des sillons et des saillis). Le premier cylindre est mis en rotation de manière mécanique mais l autre est entraîné par le premier cylindre. La granulométrie est définie selon l espace entre es deux cylindres. Si la paroi est lisse on assiste et à l écrasement et à l'attrition. Si les cylindres sont cannelés, il s ajoute à l écrasement et à l'attrition le cisaillement. Il existe aussi la micronisation par jet d air en spirale. On fait entrer les particules à l intérieur de la chambre de broyage et on envoie un courant d air avec une pression très élevée. Avec ce courant d air les particules sont acheminés vers une deuxième chambre où il y a un cyclone qui se forme (pression très importante et mouvement très intense). Ce cyclone engendre une percussion entre les particules. Le broyage se poursuit et tant que les particules n ont pas une taille définie elles restent dans le cyclone. Les poudres obtenues sont fines et c est pour cela qu on parle de microniseur au lieu de broyeur. On peut avoir des jets d air dans les deux sens (à jet d air opposé) pour améliorer l efficience du broyeur. On envoie un courant d air par la partie haute et un autre par la partie basse. On utilise une poudre déjà fine dans ces produits. Dans tous les types de particules on a le risque d apparition de charges électriques et donc risque d explosion et d agglomération. On peut piéger les charges électriques avec différents moyens tel que l humidité ou des capteurs à base de radioéléments mais le plus grand problème est l agglomération. 4
V.Contrôle Il est réalisé par une analyse granulométrique. Les particules fines sont des particules de taille inférieure à 150 µm. Généralement on atteint notre objectif mais on peut avoir les fines (particules de taille inférieure à celle voulue car elle se chargent et ne quittent pas la chambre de broyage et donc leur taille est encore plus fine). Ces fines favorisent la comprimabilité de la poudre mais il faut pas que leur pourcentage soit trop important. Pour faire un broyage, il faut choisir le broyeur à utiliser. Cependant, en industrie, elle n est pas trop utilisée car on définit à l avance la granulométrie voulue mais les broyages sont faits à l état de recherche. Pour choisir le broyeur approprié, on étudie la nature du produit à broyer (produit malléable [grande élasticité et difficile à diviser] et produit facile à broyer). On étudie ensuite la charge potentielle de la substance après broyage mais aussi la toxicité des particules (si elle le sont on utilise un broyeur fermé). Le résultat dépend de la nature du broyeur, du taux de remplissage de la cuve (on utilise des petites quantités même si c est moins rapide et cela donne une granulométrie moins grande mais pour ne pas surcharger le broyeur), de la vitesse des éléments de broyage et du temps de broyage. Les problèmes à considérer sont la thermosensibilité (les particules sortent avec une température élevée [il existe des broyeurs à froid avec une congélation pour des produits biologiques par exemple]), l'émission de poussières et les changements morphologiques. 5