« Solidification fractionnée » : différence entre les versions
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La '''solidification fractionnée''' est une méthode de séparation préparatoire de purification par [[Fractionnement (chimie)|fractionnement]] d’un produit, qui tire avantage d’une différence d’affinité pour la phase liquide ou d’une différence de [[point de fusion]] entre le produit devant être purifié et ses impuretés. Ceci peut être réalisé par la [[Cristallisation fractionnée (chimie)|cristallisation]] partielle d’un liquide. Une autre méthode consiste en l’ajout d’un [[solvant]] à une solution que l’on évapore par la suite afin de refroidir et de concentrer la solution. Par la suite, la partie solide est éliminée et on parvient ainsi à purifier le produit.▼
{{Portail|chimie}}▼
[[Catégorie:Procédé chimique]]▼
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▲[[File:Aventinus Weizen-Eisbock.jpg|thumb|Eisbock (Bière 12%). Faite à l'aide de la solidification fractionnée]]
▲La solidification fractionnée est une méthode de séparation préparatoire de purification par [[fractionnement]] d’un produit qui tire avantage d’une différence d’affinité pour la phase liquide ou d’une différence de [[point de fusion]] entre le produit devant être purifié et ses impuretés. Ceci peut être réalisé par la [[cristallisation]] partielle d’un liquide. Une autre méthode consiste en l’ajout d’un solvant à une solution que l’on évapore par la suite afin de refroidir et de concentrer la solution. Par la suite, la partie solide est éliminée et on parvient ainsi à purifier le produit.
Généralement, la méthode est utilisée afin d’obtenir des solides ultra-purs ou comme alternative à la [[distillation]] afin de concentrer des liquides sensibles aux hautes températures.
== Description de la méthode ==
[[Fichier:SolidificationFractionnée.png|thumb|Étapes de solidification fractionnée avec élimination de la phase solide|199x199px]]
Le processus consiste en le refroidissement d’une solution afin de cristalliser une partie de celle-ci. La phase solide, contenant une faible concentration du produit, est par la suite éliminée afin d’obtenir une phase liquide avec une concentration beaucoup plus élevée de ce même produit. On peut comparer la solidification fractionnée à la distillation, où la portion de la solution évaporée puis === Solidification fractionnée lente ===
La solidification fractionnée lente est une technique qui est plus
Aujourd’hui, un processus similaire est utilisé; la bière est placée dans des cuves et la température est réglée selon la concentration finale d’alcool désirée.▼
Une des techniques de solidification fractionnée lente implique le refroidissement d’un cylindre contenant le liquide. La solution dans le fond du cylindre commence à congeler pour devenir solide puis, tranquillement, monte jusqu’à la surface du cylindre.
Une autre technique semblable à la dernière qui fonctionne pour une plus grande quantité et qui donne un meilleur contrôle de la vitesse de [[congélation]] est aussi
===Boisson alcoolisée===▼
[[File:Ice wine grapes.jpg|thumb|116x116px|Solidification fractionnée de raisin pour concentré le sucre du raisin pour faire du vin de glace]]▼
==Avantages et désavantages==▼
==
La solidification fractionnée est une technique très simple, peu exigeante en matériel, qui a des applications industrielles nombreuses, pour retirer de l'eau d'une solution et ainsi concentrer un [[soluté]] dans le liquide résiduel, ou inversement pour récupérer une eau épurée. On peut enlever l'eau de jus de fruit pour obtenir des jus de fruit concentrés ou de [[boisson alcoolisée]] pour élever le [[degré d'alcool]] ; on peut également concentrer le sel de mer dans une phase liquide et récupérer la glace pour en faire de l'eau potable.
* La méthode est simple; ne requiert pas d’équipement sophistiqué, de manipulation compliquée ou de formation particulière ▼
* Peut être facilement utilisée à grande échelle, dans des usines par exemple▼
* Peut être utilisée pour séparer des produits sensibles aux hautes températures▼
===
La solidification fractionnée est utilisée pour désaliniser l'eau de mer<ref>Z. Lu et Xu. L (2010), ''Thermal deslination processes'', ''Encyclopedia of Desalination and Water Resources'' (2) 1-7.</ref>. Le sel marin, constitué principalement de [[chlorure de sodium]], abaisse le point de fusion de l'eau de mer par rapport à l'eau douce<ref>''Environnement Canada'' (2013), ''Le cycle de la glace de mer'', Disponible : [https://www.ec.gc.ca/glaces-ice/default.asp?lang=Fr&n=2A70F254-1&offset=1&toc=show ici]</ref>. En congelant lentement l'eau de mer, on obtient une glace dans laquelle la concentration en sel est suffisamment basse pour que la glace en fondant donne de l'eau potable.
* La méthode ne permet pas d’éliminer complètement une impureté, seulement de réduire sa concentration jusqu’à un certain point, dépendamment de sa nature▼
▲=== Boisson alcoolisée ===
[[Fichier:Phase diagram ethanol water s l en.svg|thumb|Diagramme du point de fusion du mélange éthanol-eau]]
La principale application de la solidification fractionnée présentement est dans l’industrie des boissons alcoolisées (Bière : [[Eisbock]], vin de glace, cidre). La technique est utilisée pour augmenter la concentration d’éthanol dans le liquide fermenté. En effet l’[[éthanol]] abaisse le point de fusion de l'eau et dans une solution d’eau-éthanol, quand une phase solide se forme, l'éthanol se concentre que la phase liquide. Le degré d'alcool dépendra essentiellement de la température selon le diagramme ci-contre (avec des variations en fonction des autres solutés dans le liquide -- sucres, etc.) : si par exemple on descend la température à -10°C, un liquide dont la concentration est inférieure à 20% d'alcool formera de la glace jusqu'à ce qu'il atteigne cette valeur. Une partie de l'alcool et autres solutés passeront quand même dans la glace et seront perdu par le procédé.
Pour la confection de la bière [[Eisbock]] (bière de glace), par le passé, des tonneaux remplis de bière étaient laissés à l’extérieur pendant l’hiver puis la glace, majoritairement composée d’eau, était retirée périodiquement jusqu’à ce que la solution ne gèle plus. L’éthanol et la saveur sont concentrés dans la phase liquide pour donner une Eisbock.
▲Aujourd’hui
Par rapport à la distillation, la solidification fractionnée est beaucoup plus simple, elle requiert moins d'énergie (en effet, il suffit de congeler de l'eau et pour cela d'extraire une [[enthalpie_de_changement_d%27état#Quelques_valeurs|enthalpie de congélation de l'eau]] de -334 kJ/kg alors que la distillation requiert l'enthalpie de vaporisation de l'éthanol et de l'eau qui sont respectivement de 855 et 2265 kJ/kg), et le [[degré d'alcool]] est bien contrôlé simplement avec la température finale ; cependant, la concentration maximale est limitée par l'existence d'un point [[eutectique]] où la solution et le solide ont la même concentration en eau, ce qui empêche toute séparation : il est impossible d’obtenir une concentration de 100% d’éthanol par cette technique.
▲[[
Dans le cas d'un [[vin de glace]], la solidification fractionnée n’est pas fait après la fermentation mais avant. En effet, ce n’est pas la concentration d’éthanol qui change mais la concentration de sucre qui change. Puisque le jus sucré gèle à basse température, on est capable de retirer l’eau en glace lorsque les raisins sont gelés pour augmenter la concentration de sucre dans les [[raisin]]s utilisés.
▲La solidification fractionnée lente est une technique qui est plus coûteux puisque l’équipement nécessaire est plus dispendieux et permet de faire la solidification sur de plus grande quantité.
▲== Avantages et désavantages ==
▲Une des techniques de solidification fractionnée lente implique le refroidissement d’un cylindre contenant le liquide. La solution dans le fond du cylindre commence à congeler pour devenir solide puis, tranquillement, monte jusqu’à la surface du cylindre. Donc, on solidifie jusqu’à la fraction désirée pour ensuite retirer le liquide du solide
=== Avantages ===
▲* La méthode est simple
▲* Peut être utilisée pour séparer des produits sensibles aux hautes températures ;
* généralement peu dangereuse par rapport à d'autres procédés.
=== Désavantages ===
* La concentration des différents produits est différente dans la phase solide et dans la phase liquide, mais ils restent présents dans les deux, ce qui signifie que
▲** La méthode ne permet pas d’éliminer complètement une impureté, seulement de réduire sa concentration jusqu’à un certain point,
** Elle ne permet pas non plus de récupérer la totalité du produit d’intérêt, une partie est toujours perdu dans la phase où il est le moins concentré (et la proportion perdue augmente quand on s'approche de la concentration limite) ;
** Il n'est pas possible d'obtenir un produit parfaitement pur.
== Géologie ==
Le processus de solidification fractionnée intervient naturellement dans la différenciation des roches au cours des processus métamorphiques.
▲Une autre technique semblable à la dernière qui fonctionne pour une plus grande quantité et qui donne un meilleur contrôle de la vitesse de congélation est aussi utilisé. Il s’agit d’un contenant sphérique rempli d’un liquide qu’on veut purifier et qui est lentement refroidit. La congélation débute autour de la sphère et, tranquillement, se déplace vers le milieu du contenant sphérique jusqu’à ce que la fraction désirée soit solidifié. Le liquide purifié est au centre de la sphère entouré par la masse congelée. Le liquide est ensuite extrait de la sphère.
== Notes et références ==
<references/>
== Voir aussi ==
=== Articles connexes ===
* [[Méthode de la zone fondue]]
* [[Distillation fractionnée]]
{{Palette|Procédés de séparation par transition de phase}}
▲[[Catégorie:Procédé chimique]]
▲[[Catégorie:Chimie analytique]]
▲[[Catégorie:Procédé de séparation]]
[[Catégorie:Fractionnement]]
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