Brevet FR3134014A1 — publié le 20231006

Four d’extraction à micro-ondes pour le traitement thermique en continu de produits organiques à l’état solide L’invention concerne un four d’extraction à micro-ondes (2) pour le traitement thermique en continu de produits organiques à l’état solide, comprenant un convoyeur (4) à bande destiné à transporter les produits (P) à traiter, la bande (6) du convoyeur étant poreuse aux extraits issus du traitement des produits, un tunnel de chauffe (8) traversé de part en part par la bande du convoyeur et comprenant un caisson (10) étanche aux micro-ondes et à l’intérieur duquel débouche au moins un guide d’ondes (12) raccordé à un générateur de micro-ondes (14), et un bac (16) pour réceptionner et condenser des extraits issus du traitement des produits après leur diffusion au travers de la bande. Le tunnel de chauffe comprend un sas d’étanchéité d’entrée (20) positionné en entrée du tunnel de chauffe au-dessus du convoyeur et un sas d’étanchéité de sortie (22) positionné en sortie du tunnel de chauffe au-dessus du convoyeur, les sas d’entrée et de sortie étant chacun munis d’au moins un piège quart-d’onde (24) afin d’assurer une étanchéité aux micro-ondes en entrée et en sortie du tunnel de chauffe. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. four d’extraction à micro-ondes pour le traitement thermique en continu de produits organiques à l’état solide ou pâteux L’invention se rapporte au domaine général du traitement thermique par micro-ondes de produits organiques à l’état solide ou pâteux pour en obtenir des extraits à l’état liquide. Un domaine d’application non limitatif de l’invention concerne l’extraction assistée par micro-ondes d’actifs volatils et non volatils à partir de biomasse végétale. Différents procédés d’extraction végétale en continu de matériaux solides ou pâteux par solvants sont connus. Généralement, ces procédés d’extraction de solides par des liquides fonctionnent sur le principe d’une extraction par solvant, avec des injections en co-courant ou à contre-courant sur le produit afin d’en récolter les extraits telles des huiles essentielles ou des actifs par percolation, diffusion ou immersion. Les dispositifs permettant le transport et le brassage du matériau sont réalisés, par exemple, à l’aide de convoyeurs à godets perforés, de tapis perforé, de vis sans fin ou de rotors verticaux alvéolés. L’inconvénient principal de ces procédés est qu’il nécessite des temps d’extraction importants (de l’ordre de deux à huit heures) pour que le solvant agisse sur le produit et épuise la plante. Ces procédés nécessitent aussi l’emploi de quantités importantes de solvants alors que la réglementation restreint de plus en plus leur utilisation. L’une des manières connues de remédier à cet inconvénient est d’utiliser des solvants très performants et neutres, tel le dioxyde de carbone à l’état supercritique, soit d’assister l’opération d’extraction à l’aide d’une énergie secondaire en ayant recours par exemple aux ultrasons ou aux micro-ondes. Si les ultrasons sont efficaces pour déstructurer la matrice végétale, ils ne permettent qu’exceptionnellement un bon rendement d’extraction. En revanche, les procédés d’extraction par micro-ondes permettent d’obtenir une libération très rapide des extraits, souvent de l’ordre de dix à trente minutes. Les micro-ondes sont en effet particulièrement efficaces car elles chauffent directement le produit à cœur. Par exemple, pour les matières végétales, les micro-ondes permettent d’entraîner les actifs hydrosolubles avec l’eau de la plante, d’éclater les poches d’huiles essentielles et de vaporiser l’eau de la plante qui entraine ces éléments volatils (huiles essentielles). Les micro-ondes sont absorbées préférentiellement par des matériaux possédant des constantes diélectriques élevées, ce qui est le cas de l’eau contenu dans les matières biologiques et leurs tissus vasculaires et glandulaires. On connaît ainsi de la publication FR 3,017,308 un dispositif et un procédé discontinu d’extraction par micro-ondes et ultrasons. On connaît également de la publication WO 2016/118034 un procédé d’extraction en continu par micro-ondes et ultrasons. On connaît encore les publication EP 1,629,725 et FR 2,975,020 qui décrivent des procédés d’extraction sans solvant assistés par micro-ondes dans lesquels la vaporisation de l’eau contenue dans la plante permet d’entrainer les extraits. Ces procédés sont adaptés pour des extractions discontinues de petits volumes, par fournées. Ils ne sont en revanche pas adaptés pour des produits fragiles à faible valeur en actifs ou huiles essentielles. L’inconvénient principal de ces procédés assistés par micro-ondes est qu’ils ne permettent de fonctionner qu’en discontinu par fournées ou en continu avec entrainement par vis, ce qui n’est adapté ni aux produits fragiles (par exemple aux fleurs ou aux feuilles fines), ni à ceux possédant une faible teneur en matières à extraire. Pour palier un tel inconvénient, il a été proposé dans la publication FR 3,070,869 un dispositif et procédé d’extraction en continu de matières organiques solides ou pâteuses qui consiste à placer le produit à traiter sur une bande de convoyeur comprenant des créneaux permettant de constituer dans des chambres d’extraction relativement étanches lors de son exposition aux micro-ondes et qui permettent la mise en pression partielle de vapeur tout au long du traitement thermique. Ces créneaux intégrant des pièges quart-d’onde métalliques permettent également d’assurer l’étanchéité aux micro-ondes dans les sas d’entrée et de sortie. Dans cette invention, sous l’action du champ de micro-ondes, une fraction de l’eau contenue dans le produit à traiter se vaporise et entraine les molécules volatiles (huiles essentielles,…) alors qu’une autre fraction de l’eau contenue dans le produit à traiter (par exemple l’eau végétale) est extraite par effet mécanique sous forme liquide, en raison de la pression partielle de vapeur au cœur du produit (par exemple dans les cellules d’une plante). Le procédé selon cette invention permet d’évacuer les fractions liquides et vapeur des extraits au travers du produit à traiter et de son support pour récupérer la totalité des extraits vers un condenseur en un point bas. Ce procédé permet ainsi de récupérer par percolation et diffusion non seulement la fraction de molécules volatiles, mais aussi celles non volatiles. Bien qu’efficace, ce dispositif d’extraction présente l’inconvénient de posséder des pièges quart-d’onde métalliques tout le long de la bande du convoyeur, ce qui engendre une masse importante du convoyeur et une mise en œuvre complexe de celui-ci. L’invention a pour objet de proposer un four d’extraction à micro-ondes pour le traitement thermique en continu de produits organiques à l’état solide qui ne présente pas les inconvénients précités grâce à des sas d’étanchéité spécifiques. Ce but est atteint grâce à un four d’extraction à micro-ondes comprenant : un convoyeur à bande destiné à transporter les produits à traiter, la bande du convoyeur étant réalisée dans un matériau transparent aux micro-ondes et poreuse aux extraits issus du traitement thermique des produits, un tunnel de chauffe qui est traversé de part en part par la bande du convoyeur et qui comprend un caisson étanche aux micro-ondes et à l’intérieur duquel débouche au moins un guide d’ondes raccordé à un générateur de micro-ondes, et un bac positionné sous la bande du convoyeur au niveau du caisson pour réceptionner et condenser des extraits issus du traitement thermique des produits après leur diffusion au travers de la bande du convoyeur, et dans lequel, conformément à l’invention, le tunnel de chauffe comprend au moins un sas d’étanchéité d’entrée qui est positionné en entrée du tunnel de chauffe au-dessus du convoyeur et au moins un sas d’étanchéité de sortie qui est positionné en sortie du tunnel de chauffe au-dessus du convoyeur, les sas d’entrée et de sortie étant chacun munis d’au moins un piège quart-d’onde afin d’assurer une étanchéité aux micro-ondes en entrée et en sortie du tunnel de chauffe. Le four d’extraction selon l’invention est remarquable en ce que l’étanchéité aux micro-ondes s’effectue, non pas au niveau de créneaux positionnées sur la bande de convoyeur, mais au niveau des sas d’entrée et de sortie du tunnel de chauffe. La mise en œuvre d’un tel four d’extraction s’en trouve grandement simplifiée (notamment du fait de la bande du convoyeur qui peut rester inchangée). De préférence, chaque piège quart-d’onde des sas d’entrée et de sortie comprend au moins deux créneaux rigides disposés perpendiculairement à une direction d’avance de la bande du convoyeur et sur toute une largeur de celle-ci, la distance entre les deux créneaux correspondant au quart de la longueur d’onde des micro-ondes émises par le guide d’ondes à un multiple de la longueur d’ondes près. Dans ce cas, chaque piège quart-d’onde des sas d’entrée et de sortie comprend avantageusement une plaque supérieure sensiblement horizontale positionnée au-dessus de la bande du convoyeur et sur laquelle sont fixées les au moins deux créneaux, la distance séparant la bande d’une extrémité libre des créneaux étant non nulle. Cette plaque est constituée d’un matériau conducteur électriquement (par exemple de l’acier inoxydable). De plus, chaque piège quart-d’onde des sas d’entrée et de sortie comprend avantageusement une paroi inférieure sensiblement horizontale positionnée sous les au moins deux créneaux, ladite paroi inférieure étant réalisée dans un matériau transparent aux micro-ondes émises par le guide d’ondes et étanche aux vapeurs et aux poussières. Chaque créneau des pièges quart-d’onde peut comprendre à une extrémité libre une gorge ayant une profondeur correspondant au quart de la longueur d’onde des micro-ondes émises par le guide d’ondes à un multiple de la longueur d’ondes près. Dans ce cas, la gorge des créneaux peut renfermer un insert réalisé dans un matériau ayant une permittivité diélectrique relative inférieure à 10 F/m et un indice de réfraction supérieur à 1. Chaque créneau des pièges quart-d’onde peut présenter une forme de V dont la pointe est dirigée vers la bande du convoyeur. Chaque créneau des pièges quart-d’onde est de préférence réalisé dans un matériau conducteur électriquement. Dans un mode de réalisation, le sas d’entrée et/ou le sas de sortie est fixe. Dans un autre mode de réalisation, le sas d’entrée et/ou le sas de sortie est mobile verticalement entre une position haute dans laquelle il libère un passage pour le convoyage de produits et une position basse dans laquelle il obture le passage pour le convoyage de produits. Dans ce cas, le sas d’entrée peut être mobile verticalement et être couplé à un détecteur de présence de produits sur la bande du convoyeur permettant d’activer le guide d’ondes du tunnel de chauffe et de commander la montée et la descente dudit sas d’entrée. Toujours dans ce cas, le sas de sortie peut être mobile verticalement et être couplé à un détecteur de présence de produits sur la bande du convoyeur permettant de commander la montée et la descente dudit sas de sortie. Dans encore un autre mode de réalisation, le sas d’entrée comprend au moins deux tronçons de sas indépendants l’un de l’autre et mobiles chacun verticalement entre une position haute dans laquelle il libère un passage pour le convoyage de produits et une position basse dans laquelle il obture le passage pour le convoyage de produits, et le sas de sortie comprend au moins deux tronçons de sas indépendants l’un de l’autre et mobiles chacun verticalement entre une position haute dans laquelle il libère un passage pour le convoyage de produits et une position basse dans laquelle il obture le passage pour le convoyage de produits. Dans ce cas, les deux tronçons des sas d’entrée et de sortie peuvent être couplés à des détecteurs de présence de produits sur la bande du convoyeur permettant de commander la montée et la descente desdits tronçons. La bande du convoyeur peut comprendre une pluralité de chambres d’extraction délimitées par des parois disposées perpendiculairement à une direction d’avance de la bande du convoyeur et sur toute une largeur de celle-ci, lesdites parois étant réalisées dans un matériau transparent aux micro-ondes émises par le guide d’ondes. Le four d’extraction peut comprendre en outre des moyens pour récupérer les extraits et l’eau issus du traitement thermique des produits et les réinjecter dans le tunnel de chauffe sur les produits. La est une vue en coupe longitudinale d’un four d’extraction selon un mode de réalisation de l’invention. La est une vue en coupe transversale du tunnel de chauffe du four d’extraction de la montrant l’un des sas d’étanchéité (d’entrée ou de sortie). La montre en détails et partiellement la réalisation des sas d’étanchéité d’entrée et de sortie selon l’invention. La montre en détails un sas d’étanchéité selon une variante de réalisation de l’invention. La montre en détails un sas d’étanchéité selon une autre variante de réalisation de l’invention. La est une vue en coupe longitudinale d’un four d’extraction selon une variante de réalisation de l’invention en configuration à l’arrêt. La est une vue du four de la en configuration de production. La est une vue en coupe longitudinale d’un four d’extraction selon une autre variante de réalisation de l’invention en configuration à l’arrêt. La est une vue du four de la en configuration de démarrage de production. La est une vue du four de la en configuration de production. La est une vue en coupe longitudinale d’un four d’extraction selon encore un autre mode de réalisation de l’invention. Four d’extraction à micro-ondes (2) pour le traitement thermique en continu de produits organiques à l’état solide ou pâteux, comprenant : un convoyeur (4) à bande destiné à transporter les produits (P) à traiter, la bande (6) du convoyeur étant réalisée dans un matériau transparent aux micro-ondes et poreuse aux extraits issus du traitement thermique des produits, un tunnel de chauffe (8) qui est traversé de part en part par la bande du convoyeur et qui comprend un caisson (10) étanche aux micro-ondes et à l’intérieur duquel débouche au moins un guide d’ondes (12) raccordé à un générateur de micro-ondes (14), et un bac (16) positionné sous la bande du convoyeur au niveau du caisson pour réceptionner et condenser des extraits issus du traitement thermique des produits après leur diffusion au travers de la bande du convoyeur, caractérisé en ce que le tunnel de chauffe (8) comprend au moins un sas d’étanchéité d’entrée (20) qui est positionné en entrée du tunnel de chauffe au-dessus du convoyeur et au moins un sas d’étanchéité de sortie (22) qui est positionné en sortie du tunnel de chauffe au-dessus du convoyeur, les sas d’entrée et de sortie étant chacun munis d’au moins un piège quart-d’onde (24) afin d’assurer une étanchéité aux micro-ondes en entrée et en sortie du tunnel de chauffe. Four d’extraction selon la revendication 1, dans lequel chaque piège quart-d’onde (24) des sas d’entrée et de sortie comprend au moins deux créneaux (16 ; 16’ ; 16’’) rigides disposés perpendiculairement à une direction d’avance (F) de la bande (6) du convoyeur et sur toute une largeur de celle-ci, la distance (L) entre les deux créneaux correspondant au quart de la longueur d’onde des micro-ondes émises par le guide d’ondes à un multiple de la longueur d’ondes près. Four d’extraction selon la revendication 2, dans lequel chaque piège quart-d’onde (24) des sas d’entrée et de sortie comprend une plaque supérieure (28) sensiblement horizontale positionnée au-dessus de la bande du convoyeur et sur laquelle sont fixées les au moins deux créneaux, la distance séparant la bande d’une extrémité libre des créneaux étant non nulle. Four d’extraction selon la revendication 3, dans lequel chaque piège quart-d’onde (24) des sas d’entrée et de sortie comprend en outre une paroi inférieure (430 sensiblement horizontale positionnée sous les au moins deux créneaux, ladite paroi inférieure étant réalisée dans un matériau transparent aux micro-ondes émises par le guide d’ondes et étanche aux vapeurs et aux poussières. Four d’extraction selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel chaque créneau (16’) des pièges quart-d’onde (24) comprend à une extrémité libre une gorge (32) ayant une profondeur ( h ) correspondant au quart de la longueur d’onde des micro-ondes émises par le guide d’ondes à un multiple de la longueur d’ondes près. Four d’extraction selon la revendication 5, dans lequel la gorge (32) des créneaux (16’) renferme un insert (34) réalisé dans un matériau ayant une permittivité diélectrique relative inférieure à 10 F/m et un indice de réfraction supérieur à 1. Four d’extraction selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel chaque créneau (16’’) des pièges quart-d’onde (24) présente une forme de V dont la pointe est dirigée vers la bande (6) du convoyeur. Four d’extraction selon l’une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel chaque créneau (16 ; 16’ ; 16’’) des pièges quart-d’onde (24) est réalisé dans un matériau conducteur électriquement. Four d’extraction selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le sas d’entrée (20 et/ou le sas de sortie (22) est fixe. Four d’extraction selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le sas d’entrée (20’) et/ou le sas de sortie (22’) est mobile verticalement entre une position haute dans laquelle il libère un passage pour le convoyage de produits et une position basse dans laquelle il obture le passage pour le convoyage de produits. Four d’extraction selon la revendication 10, dans lequel le sas d’entrée (20’) est mobile verticalement et est couplé à un détecteur de présence (36) de produits sur la bande du convoyeur permettant d’activer le guide d’ondes (12) du tunnel de chauffe et de commander la montée et la descente dudit sas d’entrée. Four d’extraction selon l’une des revendications 10 et 11, dans lequel le sas de sortie (22’) est mobile verticalement et est couplé à un détecteur de présence (38) de produits sur la bande du convoyeur permettant de commander la montée et la descente dudit sas de sortie. Four d’extraction selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le sas d’entrée (20’’) comprend au moins deux tronçons de sas (20a, 20b) indépendants l’un de l’autre et mobiles chacun verticalement entre une position haute dans laquelle il libère un passage pour le convoyage de produits et une position basse dans laquelle il obture le passage pour le convoyage de produits, et le sas de sortie (22’’) comprend au moins deux tronçons de sas (22a, 22b) indépendants l’un de l’autre et mobiles chacun verticalement entre une position haute dans laquelle il libère un passage pour le convoyage de produits et une position basse dans laquelle il obture le passage pour le convoyage de produits. Four d’extraction selon la revendication 13, dans lequel les deux tronçons (20a, 20b, 22a, 22b) des sas d’entrée (20’’) et de sortie (22’’) sont couplés à des détecteurs de présence (40a, 40b, 42a, 42b) de produits sur la bande du convoyeur permettant de commander la montée et la descente desdits tronçons. Four d’extraction selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel la bande (6) du convoyeur comprend une pluralité de chambres d’extraction (48) délimitées par des parois (50) disposées perpendiculairement à une direction d’avance de la bande du convoyeur et sur toute une largeur de celle-ci, lesdites parois étant réalisées dans un matériau transparent aux micro-ondes émises par le guide d’ondes. Four d’extraction selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, comprenant en outre des moyens (44, 44a, 44b, 46) pour récupérer les extraits et l’eau issus du traitement thermique des produits et les réinjecter dans le tunnel de chauffe sur les produits.