Comprendre la technologie du CO supercritique

La technologie du CO2 supercritique est connue depuis la seconde moitié du 20ème siècle pour l’extraction de substances naturelles.
Grâce à nos machines et notre savoir-faire, cette technologie est désormais ouverte et accessible à de nombreuses industries.

Une technologie écologique, sûre et puissante au service d'applications industrielles variées

Une technologie mature qui a déjà fait ses preuves

L’industrialisation du CO2 supercritique débute à partir des années 1950 aux États-Unis par la décontamination et le désensimage des tenues de pilotes des astronautes et le nettoyage de pièces mécaniques dans l'aéronautique.

En Europe, les premiers travaux ont commencé dans les années 1960 en Europe par le CEA, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, le CO2 supercritique était utilisé pour décontaminer des produits nucléaires.
A travers les travaux du CEA, plusieurs applications ont permis l’essor du CO2 supercritique. En effet, grâce au CO2 supercritique, on élimine du liège les bactéries qui produisent les chloroanisoles, responsables de l’altération du vin.

Les avantages du CO2 supercritique ne s’arrêtent pas là puisqu’il permet aussi l’extraction des huiles essentielles dans le domaine agroalimentaire et celui de la cosmétique et l’extraction de la caféine.

Les principes scientifiques

Après chauffage et mise en pression du dioxyde de carbone (au-delà 31°C et de 73 bars), il atteint le point critique.
Une fois dépassés, ce point, le CO2 est dans une phase intermédiaire entre l'état liquide et l'état gazeux.
Il bénéficie alors des propriétés des deux états. 
Il est presque aussi dense qu’un liquide et adopte les propriétés de transport, viscosité et diffusion caractéristique des gaz.
Il peut ainsi être utilisé comme un solvant apolaire. C’est à ce solvant que sont exposées les pièces à traiter pour permettre leur nettoyage et leur décontamination dans nos machines.

Image Tableau explication CO2 SC

Un solvant vert, alternative non polluante aux procédés chlorés, pétroliers ou lessiviels

icon planète ecologique

100% sûr

Le CO2 supercritique est non-toxique, éliminant les risques associés aux solvants chlorés ou pétroliers. Sa sécurité intrinsèque le rend idéal pour des industries comme exigeantes comme l'industrie médicale, la mécanique de précision ou encore l'industrie textile et du recyclage.

Le CO2 supercritique est non inflammable, réduisant ainsi les risques d'incendie et les coûts de sécurité dans les industries où les matériaux inflammables sont courants.

Le CO2 supercritique est chimiquement inerte et non corrosif, préservant l'intégrité des produits et prolongeant la durée de vie des équipements utilisés.

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100% sain

Ce solvant vert, inodore et incolore, est une solution écologique sans rejet de composés organiques volatiles (COV). Il ne nécessite ni autorisation ni déclaration pour les Installations Classées Pour l’Environnement (ICPE) et n'est pas classé ATEX, éliminant les risques liés aux atmosphères explosives. De plus, il est exempt de risque de co-distillation et est conforme à la réglementation REACH ainsi qu'aux recommandations des CARSAT et des DREAL, garantissant sa sécurité pour la santé et l'environnement.

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100% sec

Le procédé n'utilise pas d'eau et donc ne nécessite aucun séchage. Il combine la faible viscosité et forte diffusivité d'un gaz avec la haute densité d'un liquide.
Durant tout le cycle de nettoyage, le CO2 supercritique est purifié par séparation gravitaire et tous les polluants sont extraits purs pour être traité en filière de recyclage spécialisée.

Le procédé est adapté au traitement de tous les métaux et la plupart des polymères. Particulièrement adapté toute géométrie de pièces complexes, incluant des pièces avec trous borgnes, tubulures internes, pièces assemblées, tubes de très faibles diamètres internes, les textiles, etc.

Les principes de fonctionnement de nos équipements

En tant que fabricant de machines spéciales, notre métier est de concentrer une technologie complexe dans une machine ultra-simple d'utilisation et accessible à tous.

Image Fonctionnement procédé sous forme de schéma
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Chargement de l'autoclave et alimentation en CO2
L'autoclave est chargé de manière manuelle ou robotisée avec des paniers de pièces ou de matière. La machine est alimentée en CO2 liquide depuis des bouteilles ou depuis un tank. Dans les deux cas, le CO2 est liquide.
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Chauffe et compression du gaz
Le dioxyde de carbone liquide est mise sous pression et chauffé afin de dépasser le point critique.
L'autoclave se remplit alors totalement de CO2 supercritique
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Nettoyage et extraction au cœur de la matière
Le CO2 supercritique se comporte comme un liquide et comme un gaz, il sera capable de solubiliser des graisses présentes en surface ou au cœur de matières poreuses. L’ajout d’un brassage par oscillations et/ou rotations et d’ultra-sons, permet d’obtenir un meilleur résultat d'extraction de substances végétale ou pour départiculer des pièces métalliques.
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Décompression et séparation des extraits du CO2
Le CO2 supercritique chargé de polluants ou d'extraits est décompressé, repassant à l'état gazeux et perdant son pouvoir solvant. Nos équipements disposent d'étages de séparation gravitaire, adaptés au type de matières extraites. Les polluants ou composés d'intérêt peuvent être récupérés purs, tandis que le CO2 est acheminé vers une réserve interne.
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Recyclage du CO2
Le CO2 circule en continu dans nos machines durant le temps nécessaire pour obtenir le résultat voulu.
Une fois le nettoyage ou l'extraction finalisé, nos machines vont recycler être en mesure de recycler de 90 et 99% du CO2 utilisé pour les cycles suivant.
Image machine Alpha Qarboon + explication

Technologie brevetée

Développée à l’origine par le Commissariat à l’Énergie Atomique et Aux Énergies Alternatives (CEA) pour la décontamination nucléaire, cette technologie d’avenir fait l’objet de 8 brevets, dont 1 exploité sous licence exclusive par Qarboon.

Les innovations concentrées dans nos premières machines de nettoyage ou d'extraction ont fait les objets de 4 brevets supplémentaires.

Vos questions ?

Nos réponses !

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D’où vient le CO2 utilisé dans nos machines ?
Nos machines ne produisent pas de CO2, elles utilisent du CO2 provenant d’un stockage externe uniquement. Le dioxyde de carbone utilisé est en réalité un rejet forcé produit lors de nombreuse étape industrielle notamment dans l’industrie chimique, mais aussi lors des processus de méthanisation. Ce CO2 est ensuite capté, purifié puis revalorisé par des industriels gaziers comme Air Liquide, Messer, Linde Gas, etc.

Air Liquide est le partenaire gazier historique de Dense Fluid Degreasing, cependant les industriels gaziers sous l’impulsion de normes utilisent des raccords standardisés pour leurs bouteilles, sphères ou tank externe. Nos équipements CO2 peuvent donc s’adapter à tous les industriels gaziers.
Il existe 3 grades de CO2 pouvant être utilisés dans nos machines.
  • Le grade alimentaire, il s’agit du grade de co2 le plus répandu et le plus couramment utilisé.C’est le même grade de co2 utilisé dans l’industrie agroalimentaire pour gazéifier les boissons gazeuses comme les sodas, certaines bières, les eaux gazeuses, etc. Ce gaz est pur à 99,9%. Les 0,1% correspondent à diverses impuretés dont de l’O2 ou encore du soufre.
    Chez Air Liquide par exemple, ce co2 grade alimentaire est vendu sous le nom ALIGAL.
  • Le grade médical, il s’agit d’un grade de CO2 utilisé notamment dans les applications médicales, de recherche ou d’analyse. Il est pur à 99,998%. Les 0,002% restant correspondent à diverses impuretés dont de l’O2 ou encore du soufre.
    Chez Air Liquide, ce co2 grade médical est commercialisé sous le nom ALPHAGAZ.
  • Le grade pharmaceutique, particulièrement utilisé dans le secteur pharmaceutique et recommandé pour des industries spécifiques comme l’aéronautique ou le spatial. Pur à 99,5%, comme pour les précédents, les 0,5% restant correspondent à des impuretés. ** En revanche, celles-ci sont différentes des deux premiers d’où l’utilisation privilégiée de ce grade par des industries spécifiques.
    Chez Air Liquide, ce CO2 de grade pharmaceutique est appelé PHARGALIS.
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Quels sont les types de stockages de CO2 ?
Le CO2 lorsqu’il est stocké, est conditionné dans son état liquide. Il est couramment maintenu à 20 °c et 60 Bar de pression pour rester dans cet état. Celui-ci peut-être stocké sous 3 packagings différents :
  • En bouteilles, allant de XL à XL, elles présentent l’avantage d’être facile à stocker et à déplacer. Elles sont obligatoirement disposées dans un cadre métallique pour permettre de les conserver à la verticale. Un stockage en bouteille conviendra parfaitement pour une utilisation modérée des machines Dense Fluid Degreasing, par exemple quelques jours par semaine ou pour de petit volume d’autoclave. Les bouteilles sont également privilégiées dans le cadre d’application nécessitant un grade de CO2 pharmaceutique ou médical notamment dû au prix qu’impliquent ces grades spécifiques.
    Ce mode de conditionnement est autorisé en intérieur.
  • En sphère de 300kg de CO2, comme les bouteilles, elles sont aisées à déplacer et aussi positionnées dans un cadre métallique permettant de les maintenir à la verticale.L’utilisation de sphère est recommandée à partir d’une consommation annuelle jusqu’à 7 tonnes par an.
    Ce mode de conditionnement est autorisé en intérieur.
  • En tank ou réserve externe. Les plus petits tanks sont d’une capacité minimale de 3,5 tonnes.
    Réapprovisionné automatiquement par l’industriel gazier qui, à distance, peut contrôler le niveau de CO2 restant et, corrélé à la consommation habituelle, pourra prévoir une livraison sans demande préalable.
    Le recours à un tank nécessite l’installation d’un circuit de transport du CO2 du tank vers la machine Dense Fluid Degreasing. Cette opération est réalisée en accord avec l’industriel par le partenaire gazier choisit.
    Ce mode de conditionnement est essentiellement à installer à l'exterieur
Concernant le coût du CO2 : celui-ci varie selon deux factures : la proximité entre l’usine de traitement du CO2 et le point de livraison. À noter que les coûts de transport représentent une part importante du prix du CO2.
L’autre facteur est le mode de conditionnement du CO2. Entre les stockages en bouteilles et en sphères et le stockage en tank ou réserve externe, il n’est pas rare de constater un écart de prix d’un facteur 10 entre les deux premiers et le dernier. Cette variation de prix s’explique par les étapes supplémentaires requises pour le conditionnement du CO2 en stockage individualisé et par la manutention requise lors des livraisons.
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Comment fonctionne la technologie du CO2 supercritique ?
Pour obtenir du CO2 supercritique, il est nécessaire de chauffer et de mettre sous pression du dioxyde de carbone (CO2). Cette phase supercritique s’obtient à partir de 31 °c et 74 Bar.
Cependant, pour répondre au besoin des différentes applications de l’utilisation du CO2 supercritique, les machines Dense Fluid Degreasing fonctionnent habituellement entre 35 et 50 °c pour une équivalence de pression de 150 à 300 Bar.

Les deux paramètres de pression et de température vont avoir un impact sur la densité du CO2 et sur sa capacité à solubiliser des graisses ou d’autres types de molécules. Le premier palier du “meilleur pouvoir solvant” du CO2 supercritique s’obtient à 35 °c pour 150 Bar de pression. À ce stade, la densité du CO2 est la plus élevée ~0,86  et donc proche de celle de l’eau. Le deuxième palier est obtenu à 50 °c pour 300 Bar de pression. De nouveau, nous retrouvons la densité élevée du CO2 supercritique et un meilleur pouvoir solvant. À noter que contrairement aux autres procédés de nettoyage ou d’extraction, les températures de traitement par CO2 supercritique sont relativement basses. Il est également important de maintenir un équilibre entre la pression et la température pour conserver le pouvoir solvant du CO2 supercritique.
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Le CO2 supercritique présente-t-il des risques ?
Le principal risque due à l’utilisation du CO2 est le risque d’anoxie, c'est-à-dire le remplacement de l'oxygène de l'air par un autre gaz, comme le co2.Naturellement, les machines Dense Fluid Degreasing sont équipées pour prévenir ce risque :
  • nos équipements sont équipés de carters de protection. Ces carters permettant à la fois de protéger les équipements de la machine mais aussi de faciliter l’extraction du CO2 en cas de fuite.
  • les normes de sécurité encadrant l’utilisation du CO2 imposent la mise en place de capteur de CO2. Un capteur est rattaché au bloc autoclave et l’autre est positionné dans la pièce où est implantée la machine.
Cas spécifique : l’implantation d’une machine de nettoyage par CO2 supercritique en salle propre : Dans le cas de l’utilisation d’une machine Dense Fluid Degreasing en salle propre, la ventilation doit être suffisamment puissante pour permettre l’évacuation du CO2 en sus des flux qu’elle doit gérer.
Le CO2 n’étant pas un gaz inflammable et n’étant pas explosif, les machines utilisant du CO2 supercritique ne sont donc pas des équipements classés ATEX.
Néanmoins, nos équipements, composés d’éléments sous pression sont soumis à des normes spécifiques comme la DESP (Directive des Équipements Sous Pression). Cette norme astreint notamment à des contrôles périodiques des éléments en question. Ceux-ci peuvent être intégrés dans le cadre des actions de maintenance préventives des équipes de Dense Fluid Degreasing.
Pour en savoir plus, consultez la page Réglementation.

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