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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés J 5 810 − 1 Saponiﬁcation par Hubert BANCOURT Ingénieur de l’Institut National Supérieur de Chimie Industrielle de Rouen (INSCI) et de l’École Supérieure d’Application des Corps Gras (ESACG) Directeur Technique « Filiales et Export ». Colgate Palmolive France Ancien Directeur de Savonnerie ien que très ancienne, la réaction de saponiﬁcation est toujours très utilisée dans le monde. Le savon de toilette ou de ménage est un produit de base. Dans les pays industrialisés, il tend à être remplacé par les produits de synthèse dérivés du pétrole (détergents, shampooings...) mais reste essentiel pour la toilette. Dans les pays sous-développés ou en voie de développement, il est un produit de base pour le lavage du corps et du linge. La réaction de saponiﬁcation comparée à la réaction de neutralisation est de loin la plus importante pour la production industrielle du savon. La réaction de saponiﬁcation permet la production annuelle d’environ 90 000 t de savon en France et 500 000 t pour toute l’Europe. 1. Présentation générale............................................................................. J 5 810 - 2 1.1 Déﬁnition...................................................................................................... — 2 1.2 Réaction de saponiﬁcation.......................................................................... — 2 1.2.1 Esters d’acides gras............................................................................ — 2 1.2.2 Bases.................................................................................................... — 2 1.2.3 Savons................................................................................................. — 2 1.2.4 Alcools gras......................................................................................... — 2 2. Thermodynamique et cinétique de la réaction................................ — 2 2.1 Chaleur de réaction ..................................................................................... — 2 2.2 Cinétique de la réaction .............................................................................. — 2 2.3 Trois stades de la saponiﬁcation ................................................................ — 2 2.4 Inﬂuence des paramètres opératoires ....................................................... — 3 2.4.1 Température........................................................................................ — 3 2.4.2 Agitation.............................................................................................. — 3 2.4.3 Catalyseur............................................................................................ — 3 2.5 Nature des réactants ................................................................................... — 3 3. Technologie des réacteurs et procédés industriels........................ — 4 3.1 Procédé discontinu...................................................................................... — 4 3.1.1 Empâtage ............................................................................................ — 4 3.1.2 Cuisson................................................................................................ — 4 3.2 Procédés continus ....................................................................................... — 4 3.3 Cas particulier de la saponiﬁcation des esters méthyliques.................... — 4 3.4 Évolution des procédés............................................................................... — 4 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. J 5 810 B SAPONIFICATION ______________________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. J 5 810 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés 1. Présentation générale 1.1 Déﬁnition On rencontre dans la littérature différentes déﬁnitions de la sapo- niﬁcation. Pour certains, Davidsohn [2], la saponiﬁcation est le pro- cédé, ou la réaction, qui donne comme produit ﬁnal un sel d’acide gras (de C7 à C20) appelé savon. Cette déﬁnition est devenue trop générale et recouvre plusieurs réactions comme la neutralisation d’un acide gras par une base. En fait, le terme saponiﬁcation vient bien de la réaction formant un savon, mais il faut être restrictif et le limiter à la réaction utilisant des esters d’acides gras comme matière première. On peut donc déﬁnir la saponiﬁcation d’une façon plus précise comme étant l’hydrolyse alcaline d’un ester d’acide gras. La réaction de saponiﬁcation mettra donc en œuvre un ester d’acide gras et une base pour donner un savon et un alcool. 1.2 Réaction de saponiﬁcation Elle s’écrit : ester d’acide gras + base = savon + alcool gras 1.2.1 Esters d’acides gras Ce peut être : — un triglycéride (triester d’acide gras ou de glycérine (§ 1.2.4) : c’est le cas le plus général, c’est-à-dire celui de la réaction de sapo- nification des huiles et des graisses animales ou végétales (décrites dans le paragraphe 2.5) pour fabriquer les savons de toilette ou de ménage ; — un ester méthylique que l’on utilise quelquefois dans la fabri- cation industrielle des savons ; — une cire (ester d’acide gras et d’alcool gras), mais cela est théo- rique car cette matière n’est pas utilisée industriellement dans la fabrication du savon. 1.2.2 Bases La soude caustique est la plus utilisée et donne les savons durs (pour la toilette et le ménage), alors que la potasse sera utilisée seule ou avec la soude pour fabriquer les savons mous ou spéciaux (savon à barbe, savon noir...). Les bases plus faibles comme le carbonate de sodium ou la trié- thanolamine ne sont pas utilisées dans la réaction de saponiﬁcation ; elles ne donnent des savons que dans la réaction de neutralisation des acides gras. 1.2.3 Savons La réaction de saponiﬁcation ne permet donc d’obtenir que des savons de bases fortes. 1.2.4 Alcools gras En fonction de l’ester mis en œuvre, on obtiendra en mélange avec le savon : — de la glycérine (c’est-à-dire du propanetriol ou glycérol ) avec une graisse ; — du méthanol avec un ester méthylique ; — un alcool gras avec une cire. 2. Thermodynamique et cinétique de la réaction 2.1 Chaleur de réaction La réaction de saponiﬁcation est très exothermique. Elle a été étudiée par Lascaray [1] qui considère que l’énergie thermique qu’elle génère est la somme de deux termes : — l’enthalpie d’hydrolyse qui transforme l’ester en acide ; — l’enthalpie de neutralisation de l’acide. La saponiﬁcation d’une mole de triglycéride produit environ 250 000 J. 2.2 Cinétique de la réaction L’étude de la réaction de saponiﬁcation des triglycérides a montré que la réaction était bimoléculaire (une mole de triglycéride réa- gissant avec une mole de soude) et non tétramoléculaire, c’est-à-dire que l’on peut avoir successivement les étapes décrites sur la ﬁgure 1. Les vitesses sont identiques pour toutes les réactions avec les tri-, di- ou monoglycérides. On n’a pas non plus détecté de vitesse de réaction différente suivant la structure de l’acide gras. L’expérience ne conﬁrme que partiellement cette théorie car, dans la saponiﬁcation classique, on ne retrouve pas de di- et mono- glycérides ; par contre, dans certaines conditions comme la sapo- niﬁcation à froid, ces produits sont présents [2]. Il a aussi été montré que les vitesses de saponiﬁcation des différentes positions du triglycéride étaient identiques. 2.3 Trois stades de la saponiﬁcation Lascaray a obtenu la courbe de vitesse de réaction représentée sur la ﬁgure 2 qui montre trois stades dans la saponiﬁcation. Cette courbe a été conﬁrmée par les études de J.W. McBain [3]. Les trois stades peuvent être décrits comme suit. I Phase émulsion La qualité, la ﬁnesse de l’émulsion des réactants va inﬂuer sur la vitesse de démarrage de la réaction. Cette phase se termine lorsque environ 20 % de la masse mise en œuvre est saponiﬁée. I Phase autocatalytique Le savon formé au cours de la première phase va permettre une dissolution de la graisse (§ 2.5) dans les micelles de savon et ainsi accélérer fortement la réaction. Dans les procédés industriels de fabrication du savon, on passe généralement à cette phase en envoyant les réactants sur le savon d’une fabrication précédente pour les procédés discontinus, ou dans une masse de savon en recyclage, pour les procédés continus. I Phase de saponiﬁcation lente Dans la phase précédente, la vitesse augmente en même temps que la vitesse de formation des micelles de savon augmente. Lorsqu’il y a sufﬁsamment de micelles pour dissoudre toute la graisse, la réaction tend à ralentir car la concentration de chacun des réactifs diminue. Pour pallier cet inconvénient en production industrielle on s’arrange pour avoir un excès d’alcali aﬁn que la réac- tion complète, conduise à un savon sans insaponiﬁés garantissant une bonne conservation du produit. ______________________________________________________________________________________________________________________ SAPONIFICATION Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés J 5 810 − 3 2.4 Inﬂuence des paramètres opératoires 2.4.1 Température La température a un effet très important sur la vitesse de réaction. L’augmentation de la température accélère la saponiﬁcation. Dif- férents chiffres ont été avancés [3] : — vitesse multipliée par 2 pour une augmentation de 7 oC (de 18 à 25 oC) pour un ester de l’acide acétique ; — vitesse multipliée par 1,6 pour une augmentation de 10 oC pour l’huile de coprah. L’optimisation de la température est toujours réalisée dans les procédés industriels aﬁn d’avoir une réaction rapide. 2.4.2 Agitation Ce facteur est très important pour améliorer le contact entre les ingrédients. Il est primordial pour la mise en émulsion des réactants dans les procédés continus. La qualité de l’agitation permet de réduire la taille des réacteurs continus. 2.4.3 Catalyseur Dans certaines fabrications selon un ancien procédé dit « de saponiﬁcation à froid », on augmente la vitesse de réaction en intro- duisant de faibles quantités de composés aromatiques [4]. 2.5 Nature des réactants I La réaction des saponiﬁcation la plus courante est celle de la fabri- cation du savon à partir de triglycérides, les plus employés étant des mélanges de graisses ou d’huiles qui donneront chacune des propriétés spéciﬁques au savon. Les graisses en C16 - C18 les plus utilisées en Europe sont le suif et un peu le saindoux et, dans d’autres pays, l’huile de palme ou la stéarine de palme. Les graisses en C12 , dites lauriques, les plus courantes sont celles de coprah ou de palmiste. Ces matières premières sont caractérisées par leur indice de sapo- niﬁcation. Dans une réaction chimique, on a l’habitude de calculer les quantités de uploads/Finance/ sap-on-if-ication.pdf