I.                 Introduction

 

    L’extraction est une opération qui consiste à séparer certains composés d’un organisme (animal ou végétal) selon diverses techniques.

 

L’extraction de molécules organiques est une phase primordiale dans les domaines de la chimie des substances naturelles et de la chimie thérapeutique.

En effet, si les hommes se soignent depuis des millénaires à l’aide de plantes, c’est tout simplement car elles contiennent des molécules présentant une activité thérapeutique spécifique.

 

Or les plantes sont d’un emploi souvent délicat et peuvent présenter des effets secondaires plus ou moins néfastes pouvant, dans certains cas, entraîner la mort.

Il convient donc d’isoler les composés actifs seuls.

 

II.             Intérêt de l’extraction

 

    Nous l’avons vu, le but est d’isoler une ou plusieurs molécules à partir d’un organisme.

Ainsi, la découverte de nouveaux médicaments peu passer par l’étude de ces substances naturelles et si une molécule se trouve être performante dans un domaine précis, elle pourra faire l’objet d’une commercialisation sous forme de médicament.

 

    Il existe ainsi des compagnes de recherches de plantes dont, par extraction, nous pourrons éventuellement tirer les médicaments de demain.

Ces compagnes ont lieu à travers le monde mais on pourra noter que le continent sud-américain présente un potentiel de découverte important en raison de conditions climatiques particulières et les conditions d’accès parfois difficiles ont pu préserver des écosystèmes particuliers.

Mais il se pose ici un problème éthique puisque les ressources naturelles peuvent parfois être pillées par des personnes voulant mettre la main sur des composés encore inconnus.

 

 

III.         Les méthodes d’extractions

 

    Il existe plusieurs méthodes d’extraction dont certaines ont été développées par les artisans parfumeurs bien avant l’essor de la chimie moderne.

 

1)     L’hydrodistillation

 

    L’hydrodistillation consiste, comme son nom l’indique, à distiller un composé par entraînement à la vapeur d’eau.

C’est une méthode très utilisée pour l’extraction des huiles essentielles.

Dans la pratique, on place les matières à extraire dans une chaudière avec de l’eau et on chauffe ; ou bien on fait passer de la vapeur d’eau dans un récipient contenant les dites matières.

 

Fig.  1: Schéma d'un alambic.

 

La vapeur d’eau produite va entraîner avec elle un composé donné selon un phénomène physique particulier : la création d’un azéotrope.

Il s’agit en fait d’un mélange de composés, non miscibles, (ici l’eau et une molécule odorante) dont la température d’ébullition est inférieure à celle du composé le moins volatil.

La vapeur d’eau chargée en molécules organiques est condensée puis récupérée. Il y a alors séparation en deux phases : l’une aqueuse et l’autre organique, cette dernière contenant le composé que l’on a cherché à extraire.

L’extraction de la nicotine du tabac peut, par exemple, être réalisée de cette façon.

 

Mais cette technique montre rapidement ses limites lorsque l’on veut extraire des molécules ‘fragiles’ qui ne résisteront pas au chauffage.

 

2)     L’enfleurage à froid

 

    Nous sommes ici typiquement dans le domaine de la parfumerie et il ne semble pas y avoir d’autre applications.

Cette méthode est particulièrement employée lorsque l’hydrodistillation dénature les molécules à extraire.

Les fleurs sont disposées sur des châssis de verre enduit de graisse et renouvelées tous les 3 à 7 jours selon les espèces.

 

Fig. 2 : Enfleurage de pétales de rose.

 

Lorsque que le parfumeur considère que la graisse est saturée, elle est raclée et mélangée à un peu d’alcool pour obtenir des pommades ou bien épuisée par de l’alcool. On obtient alors un liquide nommé l’absolu.

 

    Le principe est assez simple :

Les molécules odorantes étant des composés volatils, au lieu de les laissez s’échapper dans l’air, elles sont captées par la graisse qui a la propriétés de les dissoudre.

Lors de l’ajout d’alcool les molécules organiques passent dans ce solvant.

 

3)     L’extraction par des solvants

 

    Dans cette méthode, les plantes (car en général, il s’agit principalement de ce type d’organismes) sont mélangées à un solvant organique dans des récipients des tailles et de forme variables.

 

 

Fig. 3 : Extracteurs de 1m3 de marque E&E Verfahrenstechnik GmbH

 

           

Fig. 4 : Chaîne d’extraction continue des Laboratoires Pierre Fabre. La plante est acheminée d'un bout à l'autre de l'extracteur en sens inverse à celui du solvant. La plante se trouve ainsi d'abord en contact avec un solvant riche en substances actives. Plus la plante avance à travers l'extracteur, plus elle rencontre un solvant de pauvre et par donc présentant un pouvoir d'extraction plus important.


 

 

 

Les molécules organiques étant solubles dans les solvants employés, il est particulièrement aisé de séparer les constituants recherchés de leur enveloppe végétale.

Le mélange est ensuite filtré pour récupérer le solvant chargé des composés.

 

    L’inconvénient de cette méthode est en fait son principal composant : le solvant…

En effet, étant donné les quantités mise en œuvre, les risques de pollution et d’inflammation ne peuvent être réduit à zéro…

De plus, les composés à extraire étant emprisonnés dans la cellule par la membrane cellulaire, il faudra donc des solvants capables de la traverser.

Enfin, il arrive que des traces de solvant soient présentes dans le produit final (les molécules à extraire) ou bien dans la matière végétale après traitement.

 

4)     Les fluides supercritiques

 

    L’utilisation de fluides supercritiques est assez récente (fin des années 1970 pour l’aspect industriel) et seul le CO2 est aujourd’hui universellement employé, en raison de sa disponibilité (on ne le rejette par tonnes…) et des conditions relativement simples d’obtention.

    Un fluide est qualifié de supercritique quand il placé au-delà de son point critique.

 

Fig. 5 : Diagramme schématique des trois état d'un composé.

 

Ainsi, lorsque l’on porte un composé (liquide ou gazeux) dans des conditions de pression et de températures particulières, il cessera d’être liquide ou gazeux pour se trouver à la fois à l’état  liquide et gazeux, l’équilibre entre ces deux états se faisant de manière continue.

Le fluide supercritique présente alors des propriétés solvantes tout à fait remarquables.

 

    Ainsi, si l’on expose une matière organique à un fluide supercritique, l’état gazeux pénétrera dans les cellules et s’y trouvera en équilibre avec son état liquide dans lequel les molécules vont se dissoudre.

Le liquide étant également en équilibre avec l’état gazeux, la vapeur va entraîner hors de la cellule les molécules que l’on cherche à extraire.

Ce type de phénomène est unique est permet de contourner le problème de la barrière cellulaire que certains solvant ne peuvent franchir.

Pour récupérer les composés organiques que l’on a cherché à extraire, il suffit de laisser le CO2 s’échapper sous forme de gaz en le ramenant dans des conditions de pression et de température plus classiques.

 

Fig. 6 : Représentation schématique d'une chaîne d'extraction.

 

    L’extraction est donc ici plus poussée et surtout beaucoup plus sûr et propre puisque nous éliminons totalement la présence de solvant et donc de polluant.

 

    Pour information, le CO2 supercritique est employé à une température d’environ 30°C pour des pressions allant de 74 à 300 fois la pression atmosphérique.

 

Cette méthode est particulièrement utilisée pour préparer le café décaféine ou pour extraire les fragiles composés des baies de rose.

On l’emploi également pour extraire le paclitaxel dont nous allons reparler. La manipulation requiert alors 5 étapes alors que l’extraction par des solvants en nécessite 19…

Le gain de temps et les économies ainsi réalisées sont plus qu’appréciables.

 

 

IV.         Les limites de l’extraction et le lien avec la synthèse.

 

 

    Dans le domaine pharmaceutique, les composés sont produits et vendus à la tonne.

Se pose alors le problème de leur biodisponibilité.

En effet, car si l’extraction permet de découvrir et d’isoler de nouveaux composés, elle n’autorise pas obligatoirement leur exploitation de manière industrielle.

 

    Un exemple récent et particulièrement marquant des limites de l’extraction concerne la bengacarboline, extraite d’un organisme marin : l’Ascidian Didemnum sp..

 


 

Fig. 7 : Ascidian Dedemnum.

 

Fig. 8 : Bengacarboline.


 

 

Cette molécule présente une structure et une activité unique et pourrait constituer une possible nouvelle famille de composés à activité anticancéreuse.

Il y a un « Mais… » me direz-vous…

En effet, par extraction, il n’a été possible à ce jour d’obtenir que quelques milligrammes de cette substance.

Et si ces quantités ont suffit pour déterminer sa structure, elles sont loin de celles nécessaires à l’étude précise de son mode d’action et encore plus loin d’une production industrielle…

La synthèse est actuellement en cours de développement.

 

Ceci étant, rien ne permet d’affirmer pour l’instant que cette synthèse permettra d’obtenir des quantités industrielles de ce composé.

 

    Ainsi le paclitaxel (commercialisé sous le nom de TAXOL®) est une molécule anticancéreuse isolée en 1971 d’un arbre : le Taxus Fabre (l’If du Pacifique). D’une biodisponibilité restreinte (150 mg par kilo d’écorce), son exploitation industrielle semblait compromise puisque qu’abattre des milliers d’arbres n’est pas une solution (il aurait fallut environ 6 arbres de 100 ans pour traiter un patient).

 


 

Fig. 9 : If du Pacifique.

 

 

Fig. 10 : Paclitaxel (TAXOL®).


 

 

En 1994, la synthèse totale de ce composé fut achevée par Kyriacos Costa Nicolaou. Deux chiffres la caractérisent : 40 étapes et 2 % de rendement. Malgré donc le tour de force représenté par cette synthèse, elle ne pouvait s’appliquer à la production industrielle.

En 1980, l’équipe de Pierre Pottier (de l’Institut des substances naturelles de Gif-sur-Yvette) découvre dans des ifs de nos contrés (à l’époque fournis par abattage lors de la construction d’une route) une molécule possédant le même type de structure que le TAXOL® : la 10-désacétylbaccatine III (fournie à raison de 1g par kilo d’écorce) :

 

Fig. 11 : 10-désacétylbaccatine III.

 

A partir de cette molécule, il obtint par hémisynthèse (synthèses réalisées à partir de composés naturels possédant déjà une partie de la molécule visée) le TAXOL® et un de ses analogue plus actif, le docétaxel (TAXOTERE®).

Si le problème de l’approvisionnement était en partie résolu, il faudra tout de même attendre 1996 pour que Yukimune propose une méthode de synthèse présentant un rendement acceptable par culture de cellules.

 

 

 

    Ainsi, les méthodes d’extraction ont fait d’immenses progrès, notamment par diminution du risque de pollution, ce qui leur permet de rester une étape préliminaire, primordiale, et souvent clé dans la recherche de nouvelles molécules.

Car si une extraction est mal réalisée ou si les composés à extraire sont détruits lors de l’opération, il est tout à fait possible de contaminer l’environnement ou de passer à coté d’une découverte majeur.

Cependant, l’extraction ne fait pas tout et dans de nombreux cas, l’apport de l’homme pour transformer (par hémisynthèse) les composés extraits reste nécessaire.

 

 

    Nous ne pourrons ici appliquer que les méthodes d’extraction par hydrodistillation ou bien par solvants, l’enfleurage étant trop long et coûteux en matière première (pour un litre d’absolu de jasmin, il faut compter 1 tonne de fleurs…).

Quand au CO2 supercritique, si la température est tout à fait à notre portée, les pressions nécessitent un appareillage particulier.

 

 

 

Bibliographie :

 

- Dr Ph. BEGO, Connaître les bienfaits du massage aromatique ; MDB Editions (1999)

- http://www.eunde-verfahrenstechnik.de/extraction.html

- http://www.ac-orleans-tours.fr/physique/docly/divers/parfum/enfleurage.html

- http://pbi-ibp.nrc-cnrc.gc.ca/fr/bulletin/2003issue1/page2.htm

- http://www.eleves.ens.fr/home/maussang/index.html

- http://www.supercriticalconsulting.com/index_ie.htm

- http://www.plantesystem.com/fr/a_propos/a_propos_3.php

- http://www.museesdegrasse.com/MIP/fla/techno_distillation.shtml

- http://www.steve.gb.com/science/gmdrugs.html

- http://www.icmo.u-psud.fr/w-lssn/accueil.htm

- http://www.cmontmorency.qc.ca/sped/pdf/brevifoliol.pdf

- http://woodshole.er.usgs.gov/project-pages/stellwagen/didemnum/

- http://home.tiscali.be/jp.boseret/les_plantes_medicinales.htm

- http://www.forestryimages.org/browse/detail.cfm?imgnum=1208034

- http://www.plantes-industrie.com/common/0,4280,12893558_13607304_0_fr_FR_0,00.html?

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