CLICOPHA

Clivage en compression pharmaceutique

Résumé

Le comprimé est la forme pharmaceutique la plus répandue du fait des nombreux avantages qu’elle présente tant sur le plan de sa fabrication que sur celui de sa prise par le patient. Il est réalisé lors d’une opération de compression en matrice de grains de poudre dont la taille est de l’ordre de 100 μm. Les comprimés fabriqués doivent répondre à un grand nombre de spécifications dont certaines sont en lien avec leur résistance mécanique. Cette dernière est fondamentale car elle va assurer le maintien de l’intégrité du comprimé durant toutes les étapes qui suivent la compression, de l’enrobage au conditionnement puis au cours de toutes les opérations de manutention jusqu’au patient. En jouant sur les paramètres de ce procédé de fabrication (notamment l'effort de compression), des niveaux de porosité différents peuvent être obtenus. Les poudres utilisées peuvent aussi avoir des propriétés physico- chimiques et mécaniques très différentes. Il est donc possible, en jouant sur les matières premières et sur les conditions de production, d’obtenir une grande variété de propriétés mécaniques apparentes pour les comprimés, afin de répondre aux spécifications.

Par ailleurs, mieux comprendre comment et pourquoi un comprimé pharmaceutique casse en fonction de la sollicitation pourrait aussi permettre d’anticiper sur le phénomène de clivage qui représente un des problèmes majeurs, économiquement très important, rencontré dans le monde industriel lors des étapes de fabrication. Il correspond à une rupture brutale du comprimé lors de son éjection ou au cours de sa relaxation. Celle-ci peut se manifester par un découpage du comprimé en feuillets ou un décollement de la partie supérieure et on parle alors de décalottage.

L’objectif de ce projet est donc l’étude du phénomène de clivage qui, s’il est connu depuis longtemps, reste encore mal expliqué. A partir d’une approche globale du phénomène, il s’agit d’en identifier les causes et de bien comprendre comment celles-ci contribuent au phénomène. Pour cela l’approche que nous développons est à la fois expérimentale et numérique, basée sur la mécanique des matériaux et la mécanique de la rupture. Ce type d’approche n’est pour l’instant que partiellement développée dans le domaine pharmaceutique. Néanmoins, elle est la seule qui peut permettre la compréhension fondamentale du phénomène. En effet, celle-ci ne peut se faire qu’à travers l’étude des contraintes auxquelles est soumis le matériau au cours de la compression mais aussi à travers de la définition d’un critère de rupture adapté au compact pharmaceutique permettant de prévoir si la rupture peut avoir lieu en fonction de la sollicitation.

Ce projet se partage en deux parties qui seront menées en parallèle. D’une part il s’agira d’améliorer les lois de comportement mécanique utilisées aujourd’hui pour décrire la compression et le comprimé dans les simulations numériques par la méthode des éléments finis (FEM) afin d’obtenir, par simulation, une estimation réaliste des distributions de contraintes dans le matériau en cours de compression. Pour cela, il sera nécessaire d’étudier plus précisément les comportements viscoélastiques et viscoplastiques (actuellement absents des modèles) du comprimé, de les modéliser et d’implémenter les modèles dans les simulations. Les problématiques d’élasticité non linéaire notamment aux fortes déformations seront aussi abordées.

L’autre partie du projet concerne la définition d’un critère de rupture adapté au comprimé pharmaceutique afin de pouvoir prévoir la rupture sous chargement complexe. Deux approches seront envisagées. La première consistera à définir un critère basé sur la distribution des contraintes notamment pour prendre en compte la réponse du matériau à une contrainte localisée. La seconde intégrera quant à elle le formalisme de la mécanique de la rupture et tentera de réfléchir à la définition d’un critère énergétique intégrant l’énergie de rupture.

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