Contributions numérique et expérimentale à la formation de complexes pharmaceutiques par chimie verte : simulations par DEM pour mise à l’échelle et pour le couplage méca

Contributions numérique et expérimentale à la formation de complexes pharmaceutiques par chimie verte : simulations par DEM pour mise à l’échelle et pour le couplage mécanique/réaction/diffusion dans le cadre de transformations mécanochimiques.

Les dernières années ont connu une montée en puissance des recherches menées dans le cadre de « la chimie verte », une approche qui vise à développer des procédés limitant au minimum l’utilisation de solvants et d’énergie ainsi que la production de déchets. Parmi ces techniques se trouve la mécanochimie, procédé qui effectue les réactions en phase solide avec un apport d’énergie mécanique via des équipements de broyage, de malaxage ou d’extrusion et en particulier les broyeurs à billes très utilisés en laboratoire. Cependant le passage de cette échelle à l’échelle industrielle nécessite encore de développer des connaissances sur le lien entre les cinétiques de réaction et l’action mécanique, ce qui limite le nombre d’applications en industries pharmaceutiques^1,2. Par ailleurs, la méthode des éléments discrets (DEM), dans le traitement des problèmes d’écoulement des solides divisés, permet d’accéder aux énergies dissipées lors des impacts « grain/grain » ou « grain/outil », énergies reliées aux vitesses de réactions lors du contact entre grains de réactifs. Cette approche a été récemment utilisée pour l’étude de l’amorphisation des produits pharmaceutiques^3,4, cependant, l’utilisation pour le passage à l’échelle pilote n’a pas été développée. Le premier objectif innovant de la thèse est le passage de ce procédé de mécanochimie à l’échelle pilote en couplant les approches numérique (DEM) et expérimentale. Cette dernière requiert d’abord la réalisation des expériences dans des broyeurs de taille réduite (avec suivi par spectroscopies IR et/ou UV-visible, DSC, TGA) disponibles à RAPSODEE (IMT Mines Albi) afin de trouver une corrélation entre la vitesse de la réaction et l’énergie de collision obtenue par simulation (DEM). Cette corrélation sera ensuite validée/modifiée avec les données expérimentales obtenues pour des matériaux modèles dans des broyeurs pilotes développés spécifiquement pour cette thèse au CERI MP (IMT Nord Europe), où le doctorant réalisera un séjour de 3 à 4 mois.  De plus, la DEM n'a été utilisée en mécanochimie jusqu'à présent, que pour la modélisation mécanique. Le projet envisage comme deuxième objectif le développement d’un modèle DEM susceptible sous différentes hypothèses de coupler l’action mécanique avec la réaction chimique et la diffusion, éléments essentiels dans la compréhension des réactions solide-solide et qui sont encore un verrou scientifique. Le modèle s’appuiera principalement sur des bilans à l’échelle d’une particule ainsi que sur des essais expérimentaux (suivi par granulométrie et DRX). Cette deuxième partie du projet fournira une modélisation à l’échelle du contact particule-particule, et permettra de décrire les phénomènes de l’échelle du grain jusqu’à l’échelle du broyeur. Comme perspectives, la méthodologie développée pourra être élargie pour le passage à l’échelle industrielle et à des systèmes en continu ainsi qu’à d’autres applications au-delà du domaine pharmaceutique.

Le doctorant sera localisé à IMT Mines sous la direction de Brayan Paredes Goyes, Alain Chamayou et Rachel Calvet. Il réalisera également un séjour de 3 à 4 mois à IMT Nord Europe sous la direction de Patrick Pizette.

1.        Schöbel, J.-H., Winkelmann, F., Bicker, J. & Felderhoff, M. Mechanochemical kilogram-scale synthesis of rac -ibuprofen:nicotinamide co-crystals using a drum mill. RSC Mechanochemistry (2025) doi:10.1039/D4MR00096J.

2.        James, S. L. et al. Playing with organic radicals as building blocks for functional molecular materials. Chem Soc Rev 41, 413–447 (2012).

3.        Kitayama, A. et al. Assessment of amorphization behavior of a drug during co-grinding with an amino acid by discrete element method simulation. Journal of Industrial and Engineering Chemistry 62, 436–445 (2018).

4.        Abouhakim, H. et al. Comminution and amorphisation of Diaqua-bis(Omeprazolate)-Magnesium Dihydrate: An analysis of the energies involved. Powder Technol 405, (2022).

École du ministère en charge de l'industrie, l'École nationale supérieure des Mines d'Albi-Carmaux fait partie de l’Institut Mines-Télécom, qui est aujourd'hui le premier groupe d’écoles d’ingénieurs et de management de France. IMT Mines Albi est aussi membre associé de l'Université de Toulouse et partenaire de très nombreuses institutions et universités prestigieuses en France et à l'international. Ces partenariats privilégiés font d'elle une grande école et un pôle de recherche accueillants, riches en opportunités, en perspectives économiques et professionnelles. Rejoindre IMT Mines Albi, c'est intégrer ce réseau et bénéficier de son expertise et de son offre diversifiée.

Profil :

Diplôme d'ingénieur ou un diplôme de Master en génie chimique ou génie des procédés.

Les candidat(e)s motivé(e)s avec un intérêt, des connaissances et des compétences en modélisation et calcul numérique, en transfert de matière, en chimie organique, techniques d’analyses chimiques, cinétique chimique et génie des procédés seront spécialement appréciés.

Le(a) candidat(e) devra également être en mesure de démontrer différentes compétences telles que la capacité à travailler en équipe, la flexibilité, l'autonomie, l'initiative, l'organisation et la curiosité intellectuelle.

Conditions :

Il devra suivre les formations complémentaires obligatoires demandées par l'école doctorale de rattachement (MEGeP). Avant chaque ré-inscription il devra organiser un Comité de Suivi Individuel.

Aucun enseignement n'est obligatoire, mais il est possible de participer à l’enseignement de l'IMT Mines Albi (vacataire) si le candidat le souhaite.