La présente invention concerne un traitement destiné à dépolymériser un biopolymère hydrosoluble par action mécanique en soumettant une solution de ce biopolymère à l'action d'ultrasons. Elle concerne plus particulièrement un procédé destiné à piloter un tel traitement en faisant varier un certain nombre de paramètres en sorte d'optimiser le traitement, notamment soit la durée de celui-ci, soit le degré de polymérisation moyen en masse DPw du biopolymère ou de l'oligomère que l'on souhaite obtenir.

Le terme biopolymère désigne des polymères qui sont présents dans les organismes vivants ou qui sont synthétisés par ceux-ci, ainsi que leurs dérivés résultant d'une ou plusieurs modifications chimiques. Parmi les biopolymères hydrosolubles, on peut retenir les polysaccharides et leurs dérivés, les protéines et les polynucléotides.

S'agissant plus particulièrement des polysaccharides, le groupe des glycosaminogiycanes (GAGs) est particulièrement intéressant du fait de ses propriétés bio-actives. En particulier, dans cette famille, la chitine et le chitosane ont un potentiel remarquable. La chitine est très répandue dans la biomasse, étant présente dans la cuticule de tous les arthropodes, dans le squelette des céphalopodes, dans les matrices extra-cellulaires de nombreux champignons et dans quelques levures et algues. Le chitosane est un dérivé désacétylé de la chitine. Il s'agit d'un copolymère linéaire constitué de résidus, distribués au hasard, de 2- acétamido-2-désoxy-β-D-glucane (GIcNAc) and 2-amino-2-désoxy-β-D-glucane (GIcN) reliés ensemble via des liaisons β,(l→4) glycosidiques. Ses propriétés dépendent largement du degré d'acétylation (DA) correspondant à la fraction molaire des résidus GIcNAc, à son poids moléculaire et à sa polydispersité (ou polymolécularité). Ainsi, en vue d'identifier clairement leurs propriétés physiques et biologiques, il est d'un grand intérêt de produire des chitosanes faits sur mesure en faisant varier le degré d'acétylation et le degré moyen de polymérisation DPw avec de préférence un faible indice de polydispersité. Dans ie domaine bio-médical, il a été montré que les chito-oligosaccharides

(COS), notamment les oligomères de chitosane, étaient d'application plus facile du fait de leur solubilité dans l'eau et de leur bioactivité spécifique, notamment du déclenchement de l'apoptose des cellules cancéreuses, l'inhibition de la croissance de tumeurs, l'immuno-stimulation, l'activité anti-microbienne ou anti-oxydante.

Ainsi, pour certaines applications, il peut être intéressant de diminuer le degré de polymérisation d'un biopoiymère, éventuellement jusqu'à atteindre Ia taille d'un oligomère. Ceci peut être obtenu en mettant en œuvre un traitement chimique, notamment d'hydrolyse, ou encore un traitement enzymatique. Cependant, les polymères de bas poids moléculaire et les oligomères obtenus par ces traitements montrent une assez large polydispersité et les extrémités des chaînes polymères peuvent être altérées.

On a déjà relevé que, lorsqu'on soumet une solution de polymère hydrosoluble à l'action d'ultrasons, on constate une diminution de sa masse moléculaire, donc la dépolymérisation du polymère. L'identification des mécanismes précis qui régissent cette dépolymérisation induite par voie ultrasonique est encore en discussion. Quoiqu'il en soit, le traitement de dépolymérisation par l'action d'ultrasons présente l'avantage, par rapport aux traitements chimique et enzymatique, de ne pas nécessiter la mise en œuvre d'additifs, ni d'induire des sous-produits qu'ii est ensuite nécessaire d'éliminer, et également l'avantage de ne pas altérer la structure de base du polymère, du fait que la dépolymérisation résulte d'une simple action mécanique sur les liaisons entre unités monomères constituant ia chaîne polymère.

Cependant, la dépolymérisation par voie ultrasonique reste encore aujourd'hui très empirique. L'utilisateur doit procéder par tâtonnement pour obtenir le résultat qu'il souhaite. Par exemple, s'il s'agit de produire, à partir d'un biopolymère de degré moyen de polymérisation DPw (0) donné, un biopolymère ou un oligomère de degré moyen de polymérisation DPw donné, l'utilisateur se contente de ne faire varier que la durée du traitement, sans toucher aux autres paramètres de son installation ou de la solution à traiter. II y a donc un besoin, pour un procédé pour le pilotage d'un traitement de dépolymérisation, d'un biopolymère hydrosoluble permettant d'optimiser ledit traitement en faisant varier certains paramètres. C'est le premier but de la présente invention que de proposer un tel procédé, dans lequel on soumet un volume donné d'une solution de biopolymère hydrosoluble ayant un degré moyen de polymérisation en masse DPw donné DPw(O), contenu dans un réacteur, à l'action d'ultrasons produits par une sonde à ultrasons pénétrant dans la solution sur une hauteur H donnée et dont l'extrémité est à une distance D donnée de la base du réacteur.

Selon une première voie, la fréquence (f) des ultrasons étant égale ou inférieure à un seuil f _s donné, le procédé de l'invention consiste :

- à réaliser un traitement de référence dans des conditions bien définies, en effectuant des mesures périodiques du DPw(t)de la solution,

- à calculer, à partir des données obtenues pour ce traitement de référence, la valeur du taux d'accessibilité n°, qui dépend de la nature du biopolymère et des paramètres H et D, et la valeur de la constante de vitesse de dépolymérisation kl _ref dans l'équation [A] ci-dessous :

DPJt) DP _ιr (0) ^ >

- et à piloter les traitements subséquents, sur le même biopolymère, en maintenant constants les paramètres H et D de la géométrie du réacteur, en faisant varier au moins un paramètre parmi les paramètres suivants : la durée du traitement (t), le DPw à obtenir, le diamètre du réacteur (Φ), la puissance (P) d'alimentation de la sonde, la fréquence (f) des ultrasons, le diamètre (φ) de la sonde et/ou la concentration (c _p ) en biopolymère de la solution et en appliquant l'équation [A] avec la valeur de n° précitée et avec la valeur de kl calculée à partir de l'équation [B] ci- dessous :

dans laquelle αl = -2,1 ± 0,1 βl = 1,4 ± 0,2 γl = 2,9 ± 0,2 δl = 1,0 ± 0,1 εl = - 0,7 ±0,1

Selon une seconde voie, la fréquence (f) des ultrasons étant supérieure à un seuil f _s donné, le procédé de l'invention consiste :

- à réaliser un traitement de référence dans des conditions bien définies, en effectuant des mesures périodiques du DPw(t) de la solution,

- à calculer, à partir des données obtenues pour ce traitement de référence, les valeurs du taux d'accessibilité n°, qui dépend de la nature du biopolymère et des paramètres H et D, et les valeurs des constantes kl _ref et k2 _ref de vitesse de dépolymérisation dans l'équation [A'] ci-dessous :

1

[A'] ^( _l -^'J ₊ j _l -^')

DP fΛ DP (C\\

- et à piloter les traitements subséquents, sur le même biopolymère, en maintenant constants les paramètres H et D de la géométrie du réacteur, en faisant varier au moins un paramètre parmi les paramètres suivants : la durée du traitement (t), le DPw à obtenir, le diamètre du réacteur (Φ), la puissance

(P) d'alimentation de la sonde, la fréquence (f) des ultrasons, le diamètre (φ) de Ia sonde et/ou la concentration (c _p ) en biopolymère de la solution et en appliquant l'équation [A'] avec la valeur de n° précitée et avec les valeurs de kl et k2 calculées à partir des équations [B'1] et [B'2] ci-dessous :

'KJ UJ U-J UJ W,

dans lesquelles αl = α2 = -2,1 ± 0,1 βl = β2 = 1,4 ± 0,2 γl = 2,9 ± 0,2 γ2 ≈ 5 ± 1 δl = 52 = 1,0 ± 0,1 εl = a = - 0,7 ±0,1

II a été constaté que, lorsque la fréquence (f) des ultrasons est égaie ou inférieure à un seuil f _s donné, le second mécanisme de dépolymérisation qui correspond au second membre de l'équation [A'] de la seconde voie du procédé de l'invention peut être négligé par rapport au premier mécanisme de dépolymérisation qui correspond au premier membre de l'équation [A']. C'est ce cas, dans lequel !a fréquence (f) des ultrasons est égale ou inférieure à f _s , qui correspond à la première voie du procédé de l'invention.

La valeur du seuil f _s dépend du biopolymère retenu ; elle est de Tordre de 20 kHz lorsque le biopolymère hydrosoiuble est un chitosane.

Le biopolymère hydrosuble dont le traitement de dépolymérisation par voie ultrasonique est susceptible d'être piloté selon le procédé de l'invention peut être choisi parmi les polysaccharides et leurs dérivés hydrosolubles, ies protéines et les polynucléotides. S'agissant des polysaccharides et leurs dérivés, il peut s'agir notamment des chitosanes dont le degré d'acétyiation (DA) est inférieur ou égal à

70% , des carboxymethylcelluloses, des hyaluronanes, des dextranes , des afginates, des pectines, des pullulanes, de i'amylopectine, des dextrines, des xanthanes, de la gomme guar, des carraghénanes ou des gelanes.

S'agissant des protéines, il peut s'agir notamment d'un collagène, S'agissant des polynucléides, il peut s'agir de l'acide désoxyribonucléique (ADN) ou de l'acide ribonucélique (ARN).

Ainsi, grâce au procédé de l'invention, il est possible d'optimiser par exemple Ia durée du traitement permettant d'obtenir un biopolymère de DPw donné en faisant varier autant que de besoin, la et/ou l'autre des paramètres que sont le diamètre du réacteur, la puissance de l'alimentation de la sonde, la fréquence des ultrasons, le diamètre de la sonde et la concentration en biopolymère de la solution, pour autant de travailler sur le même biopolymère, et en maintenant constants les paramètres H et D qui ont permis de calculer, dans le traitement de référence, les valeurs du taux d'accessibilité n° et de la constante de vitesse de dépolymérisation kl _ref et éventuellement de la constante de vitesse de dépolymérisation k2 _ref . Bien sûr, cela n'interdit pas de travailler avec un autre biopolymère ou en faisant varier les paramètres H et D. Au cas par cas, il faut alors réaliser un nouveau traitement de référence dans des conditions bien définies, en effectuant des prélèvements périodiques de la solution sur lesquels est mesuré le DPw(t) et à calculer, à partir des données ainsi obtenues, les valeurs des nouveaux taux d'accessibilité n° et de la nouvelle constante de vitesse de dépolymérisation kl _ref et éventuellement de la nouvelle constante de vitesse de dépolymérisation k2 _ref .

Selon une variante de réalisation, le biopolymère hydrosoluble étant un chitosane ayant un degré d'acétylation DA de l'ordre de 1,5 %, la hauteur H de pénétration de la sonde à ultrasons dans la solution et la distance D entre l'extrémité de la sonde et la base du réacteur sont déterminées en sorte que le taux d'accessibilité n° soit supérieur ou égal à 0,005 et inférieur ou égal à 0,01. Par exemple pour une hauteur H de 1,7 cm, le taux d'accessibilité n° est de l'ordre de 0,01 pour une distance D de l'ordre de 2,3 cm et de l'ordre de 0,007 pour une distance D de l'ordre de 5,3 cm.

Selon un premier mode de réalisation de cette même variante dans laquelle est mis en oeuvre un chitosane ayant un DA de l'ordre de 1,5%, Ie taux d'accessibilité n° étant égal à 0,01, la valeur de kl _ref est de 0,3 h ^"1 pour un traitement de référence mettant en œuvre cette solution de chitosane, en milieu acide acétique, à pH 5 dans ies conditions suivantes :

- puissance P = 285 W

- diamètre φ de la sonde = 25 mm

- concentration cp de Ia solution en chitosane = 0,25% (w/w)

- fréquence f = 20 kHz - diamètre Φ = 5,5 cm.

Selon un second mode de réalisation de cette même variante mettant en oeuvre un chitosane ayant un DA de l'ordre 1,5 %, le taux d'accessibilité n° étant égal à 0,005, la valeur de kl _ref est de 0,4 h ^"1 pour un traitement de référence mettant en œuvre cette solution de chitosane, en milieu tampon acide acétique/acétate d'ammonium, à pH 4,7 dans ies conditions suivantes :

- puissance P = 285 W

- diamètre φ de Ia sonde = 3 mm - concentration c _p de la solution en chitosane = 0,5% (w/w)

- fréquence f = 20 kHz

- diamètre Φ du réacteur = 3,5 cm.

En travaillant avec une sonde qui est réglée sur une fréquence des ultrasons égale ou inférieure au seuil f _s donné, qui est de l'ordre de 20 kHz dans le cas du chitosane, ii est possible de faire varier les paramètres du traitement pour obtenir un biopolymère ayant un degré de polymérisation DPw nettement inférieur à celui DPw (0) de la solution de départ mais avec un indice de polydispersité Ip beaucoup plus faible. Par exemple, partant d'une solution de chitosane ayant un DPw (0) de l'ordre de 2850 et un indice de polydispersité Ip de l'ordre de 1,6, il est possible, grâce au pilotage des conditions de traitement selon la présente invention, d'obtenir un chitosane de DPw compris entre 200 et 500 avec un indice de polydispersité ïp compris entre 1 et 1,2. Il est même possible d'affiner les conditions de traitement pour que l'indice de polydispersité soit inférieur ou égal à 1,1. De manière générale, un biopolymère de plus bas degré de polymérisation

DPw, notamment compris entre 200 et 500, avec un indice de polydispersité Ip faible, notamment compris entre 1 et 1,2, peut être obtenu avec une fréquence égale ou inférieure au seuil f _s avec une cinétique relativement rapide.

Selon un troisième mode de réalisation mettant en œuvre un chitosane ayant un DA de l'ordre de 1,5% et en travaillant avec une fréquence des ultrasons supérieure à f _s , le taux d'accessibilité n° étant égal à 0,01, les valeurs de kl _ref et de k2 _ref sont respectivement de 0,72 ^ ¹ et de 1.6xlO ^"3 h ^"1 pour un traitement de référence mettant en œuvre la solution de chitosane, en milieu acide à pH 5 dans les conditions suivantes : - puissance P = 100 W

- diamètre φ de la sonde = 25 mm

- concentration c _p de la solution en chitosane = 0,25% (w/w)

- fréquence f = 39 kHz

- diamètre Φ = 5,5 cm. Au fur et à mesure que se déroule l'action des ultrasons, ie DPw de la solution diminue. En augmentant le temps de traitement ou en augmentant la fréquence des ultrasons au-delà du seuil f ₅ , il est possible d'obtenir non plus des biopolymères de plus bas degré de polymérisation DPw mais des oligomères ayant des DPw très bas. Par exemple, avec une solution de départ dont le chitosane a un DPw(O) de l'ordre de 2850, il est possible de piloter les conditions du traitement en vue d'obtenir des chito-oligosaccharides de DPw inférieur à 50 et de préférence compris entre 2 et 12. Ainsi, grâce au procédé de la présente invention, il a été possible d'obtenir une solution de chito-oligosaccharides de DPw inférieur à 50 et d'indice de polydtspersité de l'ordre de ou supérieur à 1,6 et, de manière encore plus pointue, il a été possible d'obtenir une solution d'un mélange de chito-oligosaccharides de DPw compris entre 2 et 12 et d'indice de polydispersité de l'ordre de ou supérieur à 1,8. C'est un autre objet de la présente invention que de proposer une installation spécialement conçue pour la mise en œuvre du procédé précité.

Cette installation pour le pilotage d'un traitement de dépolymérisation d'un biopolymère, comprend : a. un réacteur, destiné à contenir un volume donné d'une solution de biopoiymère ayant un degré moyen de polymérisation DPw(O), et b. un générateur d'ultrasons comprenant une sonde, destinée à pénétrer dans la solution sur une hauteur (H) donnée et fonctionnant à une fréquence (f) donnée, et des moyens d'alimentation et de contrôle de ladite sonde.

Selon une première variante de ladite installation, la fréquence (f) de la sonde étant de l'ordre ou inférieure à un seuil f _≤ donné, l'installation comprend un dispositif de pilotage du générateur d'ultrasons qui comprend : c. des premiers moyens d'entrée et de stockage de premières valeurs relatives à au moins certains paramètres parmi lesquels la durée du traitement (t), le degré moyen de polymérisation de départ DPw(O) et à obtenir DPw, le diamètre du réacteur (Φ), la puissance (P) d'alimentation de la sonde, la fréquence (f) des ultrasons, le diamètre (φ) de Ia sonde et/ou la concentration (c _p ) en biopolymère de la solution, pour un traitement donné, d. des seconds moyens d'entrée et de stockage de secondes valeurs du taux d'accessibilité n° et de la constante de vitesse kl _ref de l'équation [A] ci-dessous

1 1

[A] = _H °(l - _e -^' )

D DPPΛ (tt\) D DPP _v (φ(W) calculées à partir des premières valeurs pour un traitement de référence, e. et des moyens de calcul de la constante de vitesse kl pour un traitement subséquent, à réaliser dans le même réacteur et avec le même biopolymère, en maintenant constants la hauteur H et la distance D, à partir des premières valeurs correspondant audit traitement subséquent et entrées dans les premiers moyens d'entrée et de stockage, ledit calcul étant réalisé à partir de l'équation [B] ci- dessous :

dans laquelle αl = -2,1 ± 0,1 βl = 1,4 ± 0,2 γl = 2,9 ± 0,2 δl = 1,0 ± 0,1 εl = - 0,7 ±0,1 De plus, le dispositif de pilotage est programmé en sorte de commander le fonctionnement du générateur d'ultrasons pour ledit traitement subséquent en appliquant l'équation [A] avec la seconde valeur de n° du traitement de référence et ia seconde valeur de kl calculée pour ledit traitement subséquent par ies moyens de calcul. Selon une seconde variante de réalisation, dans laquelle la fréquence f de la sonde est supérieure au seuil f _s donné, ladite installation comprend un dispositif automatique de pilotage du générateur d'ultrasons qui comprend : c. des premiers moyens d'entrée et de stockage de premières valeurs relatives à au moins certains paramètres parmi lesquels la durée du traitement (t), le degré moyen de polymérisation de départ DPw(O) et à obtenir DPw, le diamètre du réacteur (Φ), la puissance (P) d'alimentation de la sonde, la fréquence (T) des ultrasons, le diamètre (φ) de la sonde et/ou la concentration (c _p ) en biopolymère de la solution, pour un traitement donné, d. des seconds moyens d'entrée et de stockage de secondes valeurs du taux d'accessibilité n° et des constantes de vitesse de dépolymérisation kl _ref et k2 _ref de l'équation [A'] ci-dessous : 1

[A'] - _Λ ^β (l- _β -^' ) + (l - _e -*V )

DP (tΛ DP (ft\ calculées à partir des premières valeurs pour un traitement de référence, e. et des moyens de calcul des constantes de vitesse kl et k2 pour un traitement subséquent, à réaliser avec le même biopolymère et en maintenant constants la hauteur H et la distance D, à partir des premières valeurs correspondant audit traitement subséquent et entrées dans les premiers moyens d'entrée et de stockage, ledit calcul étant réalisé à partir des équations [Bl] et [B'2] ci-dessous ;

dans lesquelles αl = α2 = -2,1 ± 0,1 βl = β2 = 1,4 ± 0,2 γl = 2,9 ± 0,2 γ2 = 5 ± 1 δl = δ2 = 1,0 ± 0,1 εl = ε2 = - 0,7 ±0,1 De plus, le dispositif de pilotage est programmé en sorte de commander le fonctionnement du générateur d'ultrasons pour ledit traitement subséquent en appliquant l'équation [A'] avec la seconde valeur de n° du traitement de référence et avec les secondes valeurs de kl et k2 calculées pour le traitement subséquent par les moyens de calcul. En particulier, pour le traitement de dépolymérisation du chitosane, le seuil de fréquence f _s est de l'ordre de 20 kHz. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va être faite de plusieurs exemples de dépolymérisation d'un biopolymère hydrosoluble illustré par le dessin annexé dans lequel :

- la Figure 1 est une représentation très schématisée de l'installation, selon l'invention, pour le pilotage d'un traitement de dépolymérisation d'un biopolymère hydrosoluble sous l'action d'ultrasons,

- la Figure 2 est une représentation des résultats de cinq traitements A,B,C,D,E, sous forme de graphiques montrant le DPw en fonction de l'indice Ip d'une succession de mesures effectuées sur une solution de chitosane pendant le traitement de dépolymérisation,

- la Figure 3 est une représentation des résultats du traitement C sous forme d'un graphique montrant l'évolution dans le temps du DPw,

- les Figures 4 et 5 sont des représentations des traitements C pour Ia figure 4 et E pour la figure 5 montrant l'évolution dans ie temps de l/DPw(t) - 1/DPw(O). Les exemples détaillés qui vont être donnés ci-après ont tous Ie chitosane comme biopolymère hydrosoluble. Ceci n'est cependant pas exclusif ; tous les autres biopoiymères hydrosolubles, notamment ceux listés explicitement ci-dessus, sont susceptibles d'être dépoiymérisés par voie ultrasonique de la même manière que le chitosane, avec des valeurs du taux d'accessibilité n° qui diffèrent. L'installation 1 spécialement conçue pour la mise en œuvre du procédé de l'invention comprend un réacteur 2, un générateur d'ultrasons 4 et un dispositif de pilotage 7 du générateur d'ultrasons 4.

Le réacteur 2 est destiné à contenir un volume donné d'une solution 3 d'un biopolymère ayant un degré moyen de polymérisation DPw (0). Le générateur d'ultrasons 4 comprend une sonde 5 et des moyens 6 d'alimentation et de contrôle de ladite sonde 5. Comme cela apparaît sur la figure 1, la sonde 5 pénètre dans la solution 3 sur une hauteur H. La tête 5a de la sonde 5 est à une distance D de la base 2a du réacteur 2. La sonde 5 est cylindrique avec un diamètre φ. La solution 3 a une concentration en biopolymère c _p . Les travaux menés par les demandeurs ont permis d'identifier et de quantifier les principaux paramètres influençant la cinétique de dépolymérisation de biopolymères, induite par voie ultrasonique. Il a été trouvé que le nombre de liaisons susceptibles d'être dégradées sous l'action des ultrasons au cours du mécanisme de dépolymérisation, notamment le nombre de liaisons glycosidiques s'agissant de poiysaccharides tels que le chitosaπe, est une caractéristique qui dépend du biopolymère et qui dépend également de la géométrie verticale du réacteur, à savoir la hauteur H et la distance D. Le nombre de liaisons susceptibles d'être dégradées est représenté dans le procédé de la présente invention par le taux d'accessibilité n°. De plus, il a été trouvé que la dépolymérisation du biopolymère procède de deux mécanismes différents. Le premier mécanisme provoque une scission rapide des chaînes du polymère et un abaissement de leur polydispersité. Le second mécanisme, beaucoup plus lent en début de réaction, conduit à l'obtention de chaînes beaucoup plus courtes voire d'oligomères, ayant une polydispersité plus élevée. Partant de ce constat et s'appuyant sur les résultats de leurs travaux, ies demandeurs ont mis en place des équations mathématiques permettant d'assurer le pilotage du traitement de dépolymérisation, en tenant compte de l'effet respectif de ces deux mécanismes et des paramètres qui les influencent. De plus, il résulte également des travaux des demandeurs que le second mécanisme a une cinétique beaucoup plus lente que le premier mécanisme en début de réaction et qu'il est possible de considérer que son influence est marginale lorsque la fréquence des ultrasons est inférieure à un seuil f _≤ donné, dont la valeur dépend notamment du biopolymère.

Ainsi, l'équation mathématique retenue [A] lorsque la fréquence des ultrasons f est inférieure au seuil f _s ne prend en compte que le premier mécanisme ; au contraire, lorsque la fréquence f est supérieure au seuil f _s donné, l'équation mathématique retenue [A'] prend en compte les deux mécanismes. Le taux d'accessibilité n° n'apparaît que dans l'équation mathématique [A] du premier mécanisme. Ce taux n° est égal à l'inverse du degré de polymérisation DPw limite lorsque la durée du traitement tend vers l'infini. Par exemple, il est de 0,01 lorsque le DPw limite, pour une dépolymérisation basée sur le seul premier mécanisme, est de l'ordre de 100. II est noté que, dans le second membre de l'équation [A'], qui correspond au second mécanisme, le taux d'accessibilité n° n'apparaît pas explicitement. En fait, dans ce second mécanisme, n° est égal à 1, toutes les liaisons reliant les unités monomères de la chaîne poiymère du biopoiymère étant équivalentes en énergie et donc susceptibles d'être rompues par ce second mécanisme de dépolymérisation à la même vitesse.

Outre le taux d'accessibilité n°, les deux équations mathématiques [A] et [A'] font intervenir deux constantes de vitesse de dépolymérisation, respectivement kl pour le premier mécanisme et k2 pour le second. Il résulte des travaux des demandeurs que ces deux constantes sont diversement influencées par les paramètres liés au traitement et à l'installation. Plus précisément, la valeur de chacun de ces deux constantes kl et k2 augmente avec la puissance d'alimentation P et la fréquence f des ultrasons et avec le diamètre φ de la sonde et, au contraire, décroît avec ia concentration c _p de la solution en biopolymère et avec le diamètre Φ du réacteur. Il semble que l'influence de ces paramètres à l'occasion du second mécanisme de dépolymérisation soit sensiblement la même que celle qui intervient pour le premier mécanisme. Par contre, l'influence de la fréquence f sur la valeur de la constante k2 du second mécanisme est beaucoup plus importante que celle constatée pour la constante kl du premier mécanisme.

C'est l'influence relative des différents paramètres les uns par rapport aux autres qui transparaît à travers la valeur des exposants αl, βl, γl, δl, εl pour !e calcul de la constante kl du premier mécanisme dans les équations [B] et [Bl] et des exposants α2, β2, γ2, δ2, ε2 pour le calcul de la constante k2 du second mécanisme dans l'équation [B'2].

L'existence de ces deux mécanismes ressort très clairement de Ia figure 2 qui montre des graphiques représentant en ordonnée le degré moyen en masse de polymérisation DPw et en abscisse l'indice de polydispersité Ip pour des chitosanes dépolymérisés par voie ultrasoπique dans cinq traitements A,B,C,D,E mettant en œuvre des premières valeurs pour les paramètres (Φ, c _p , φ, P et f) autres que le temps t et le DPw, mentionnées dans le Tableau 1 ci-dessous. Tableau 1

La solution de biopolymère hydrosoluble de départ est une solution d'un chitosane provenant de la firme indienne Mahtani Chitosan Pvt. Ltd. Ce chitosane a été obtenu par N-désacétylation chimique d'une chitine extraite de plumes de calmar. Ce polymère a été soumis à une première étape de purification consistant à dissoudre le chitosane à 0,5% dans une quantité stoechiométrique d'acide acétique aqueux. La solution a été filtrée successivement sur quatre membranes de porosité 3 μm, 1,2 μm, 0,8 μm et 0,45 μm. Le polymère a été précipité avec de l'ammoniaque. Après des lavages répétés, avec de l'eau désionisée, le précipité a finalement été lyophilisé. Le degré d'acétylation DA du chitosane était de 1,5%, son degré moyen en masse de polymérisation DPw de 2850 et son indice de polydispersité Ip de 1,6. Le chitosane initial a été redispersé dans une solution aqueuse d'acide acétique avec une protonation stoechiométrique des sites aminé.

Les traitements de dépolymérisation par voie ultrasoπique ont été réalisés avec deux générateurs d'uitrasons. Le premier dénommé Sonics Vibra CeII, provenant de la société Fisher Scientific Bioblock, a une fréquence de 20 kHz, une puissance maximale de 750 W et peut être équipé de deux sondes, l'une ayant un diamètre de 3 mm et l'autre de 25 mm. Le second générateur d'ultrasons dénommé Lixea formulator type BA, provenant de la société Sinaptec, a une fréquence de 39 kHz, une puissance maximale de 100 W et une sonde ayant un diamètre de 25 mm. La hauteur H retenue pour le traitement de référence était de 1,7 cm et la distance D de 2,3 cm. La cinétique de la dépolymérisation par voie ultrasonique a été suivie en déterminant l'abaissement du DPw en fonction du temps. Les poids moléculaires et indices de polydispersité ont été calculés par « Size Exclusion Chromatography » (SEC) couplée en ligne avec un réfractomètre différentiel (Waters) et un détecteur multi-angles opérant à 632,8 nm (Wyatt Dawn DSP). Un tampon 0,15 M acétate d'ammonium/0,2 M acide acétique à pH 4,5 a été utilisé comme éluent avec un débit de 0,5 ml/min. Deux colonnes Protein Pack Glass 20OsW (Waters) et TSKgel G6000PW (Tosohaas) ont été utilisées. L'incrément d'indice de réfraction dn/dc a été évalué à 0,198 ml/g.

Sur la figure 2, les iignes L _A ,LB,LC,LD,L _E en traits pleins ou en pointillés permettent de visualiser l'évolution des résultats obtenus pour les mesures effectuées sur la solution de chitosane tout au long des cinq traitements de dépolymérisation A à E. Le résultat de chaque mesure correspond à un point dont la représentation sur la figure 2 diffère seion le traitement, comme cela apparaît dans le cartouche de la figure 2. La durée totale des cinq traitements de dépolymérisation a été limitée à six heures. A l'examen de ia figure 2, pour tous les traitements A à E, on peut observer le premier mécanisme de dépolymérisation qui se traduit par un abaissement de l'indice de polydispersité Ip, par rapport à la valeur de 1,6 de cet indice Ip pour le chitosane de départ, et à l'abaissement du DPw, par rapport à la valeur de 2850 du DPw(O) du chitosane de départ, jusqu'à une valeur limite qui dépend de la valeur du taux d'accessibilité n°. Pour les traitements A et B, seul ce premier mécanisme est observé. Ce premier mécanisme pourrait s'expliquer par le fait que l'action des ultrasons se porterait sur certaines zones fragilisées des chaînes de polymères correspondant à des DP spécifiques. Dans les conditions des traitements A et B, il a été possible d'obtenir des chitosanes de DPw compris entre 150 et 500 et ayant un indice de polydispersité Ip de l'ordre de ou inférieur à 1,1.

Partiellement, pour l'essai C et surtout pour les essais D et E, on peut observer le second mécanisme qui se traduit par un abaissement encore plus conséquent du DPw et une augmentation corrélative de l'indice de polydispersité Ip jusqu'à atteindre des valeurs de cet indice Ip supérieures à celles du chitosane initial. Ce second mécanisme, cinétiquement moins rapide que le premier en début de réaction, résulterait de la scission des liaisons reliant les unités monomères à l'intérieur des chaînes polymères, en particulier des liaisons glycosidiques s'agissant du chitosane comme biopolymère, toutes ces liaisons étant équivalentes en énergie. L'effet des ultrasons sur le biopolymère dépend fortement des conditions expérimentales. Ainsi, en utilisant une sonde de petit diamètre (traitements A et B), le premier mécanisme est prédominant tout le long de la durée du traitement, ce qui permet d'obtenir des chitosanes de relativement faible DPw, compris entre 100 et 500, et de très basse polydispersité, l'indice Ip étant de l'ordre de 1,1 voire même compris entre 1 et 1,1. Avec une sonde de plus grand diamètre (essais C, D et E), les deux mécanismes sont observés mais si de plus on utilise une sonde travaillant sous une fréquence de 39 kHz (traitement E), la dépolymérisation est très rapide, conduisant dans le même temps de traitement de six heures, à une collection de polymères de DPw faible de l'ordre de 50 voire d'oligomères de DP compris entre 2 et 12, pour lesquels l'indice de polydispersité Ip de leur mélange est nettement plus élevé, de l'ordre 1,8 à 2.

Même s'il apparaît sur la figure 2 pour les traitements C et D dans lesquels la fréquence des ultrasons est de 20 kHz, le second mécanisme a été considéré comme négligeable au regard de l'importance prise par celui-ci lorsque la fréquence f et supérieure à 20 kHz, dans le cas de la dépoiymérisation d'une solution de chitosane.

Le pilotage du traitement de dépolymérisation d'un biopolymère a pour but de donner à l'utilisateur les moyens d'optimiser son traitement, selon le premier ou les deux mécanismes décrits ci-dessus en adaptant autant que de besoin les paramètres influençant les résultats du traitement. Ce pilotage est rendu possible selon la présente invention grâce au calcul qui a été fait par les demandeurs, à partir des résultats de leurs travaux, des exposants αl, βl, γl, δl, εl entrant dans le calcul de la constante kl du premier mécanisme par les équations [B] et [Bl] et des exposants α2, β2, γ2, δ2, ε2 entrant dans le calcul de la constante k2 du second mécanisme par l'équation [B'2], exposants qui, dans lesdites équations, concrétisent l'influence relative des variations des paramètres autres que le temps t et le DPw sur le déroulement d'un traitement subséquent par rapport à celui constaté lors d'un traitement de référence. Pour réaliser ce pilotage, l'installation 1 comprend également un dispositif de pilotage 7 du générateur 4 d'ultrasons. Ce dispositif 7 comprend des premiers 8 et seconds 9 moyens d'entrée et de stockage de données et des moyens de calcul 10. Les données destinées à être entrées dans les premiers moyens 8 d'entrée de stockage correspondent aux valeurs, dénommées premières valeurs, qui sont relatives aux paramètres que sont la durée du traitement t, Ie degré de polymérisation moyen en masse du biopolymère de départ DPw(O), et le degré de polymérisation moyen en masse que l'on cherche à obtenir DPw, le diamètre du réacteur Φ, la puissance P d'alimentation de la sonde, la fréquence f des ultrasons, le diamètre φ de la sonde et la concentration c _p en biopolymère de la solution. L'ensemble de ces premières valeurs correspond à un traitement déterminé pour lequel les paramètres relatifs à la géométrie verticale du réacteur, à savoir la hauteur H et la distance D, sont prédéterminés.

Les données destinées à être entrées dans les seconds moyens 9 d'entrée et de stockage correspondent aux valeurs, dénommées secondes valeurs, d'une part du taux d'accessibilité n°, et d'autre part, soit de la constante de vitesse de dépolymérisation kl _ref , soit des deux constantes de vitesse de dépolymérisation kl _ref et k2 _rGf selon que l'installation est destinée à un traitement s'appuyant sur uniquement le premier mécanisme ou les deux mécanismes précités. Les valeurs de klref et k2ref ont été calculées dans le cadre d'un traitement de référence comme indiqué ci-dessous.

Les moyens de calcul 10 ont pour fonction de calculer soit la constante de vitesse kl, soit les constantes de vitesse kl et k2 pour un traitement subséquent, ce traitement étant réalisé avec le même biopolymère, et en maintenant constantes la hauteur H et la distance D. Ce calcul est réalisé à partir soit de l'équation [B], soit à partir des équations [B'1] et [B'2] mentionnées précédemment, en appliquant les valeurs des exposants également mentionnés précédemment, et à partir des premières valeurs entrées dans les premiers moyens 8 d'entrée et de stockage pour chaque paramètre pour le traitement subséquent déterminé. Le dispositif de pilotage 7 est programmé, grâce à un logiciel adéquat, en sorte de commander le fonctionnement du générateur 4 d'ultrasons pour ledit traitement subséquent en appliquant soit l'équation [A], soit l'équation [A'], avec la seconde valeur entrée pour le taux d'accessibilité n° du traitement de référence et avec la seconde valeur soit de kl soit les secondes valeurs de kl et de k2, résultant du calcul effectué par les moyens de calcul 10 pour ledit traitement subséquent. Comme indiqué ci-dessus, il faut tout d'abord procéder à un traitement de référence, pour un biopolymère donné et des conditions bien définies de traitement, soit de la constante kl _ref , soit des constantes kl _ref et k2 _ref .

Lors de ce traitement de référence, la cinétique de la dépolymérisation par voie ultrasonique est suivie en déterminant l'abaissement du DPw en fonction du temps comme expliqué ci-dessus. Toutes les mesures réalisées successivement pendant la durée du traitement permettent de suivre l'évolution du DPw pendant le traitement de référence ; cette évolution est matérialisée par une succession de points sur un graphique ayant les DPw en ordonnée et le temps t en abscisse. Il est également possible de porter le résultat de ces mesures sous la forme d'un graphique ayant en ordonnée l'inverse du DPw, plus précisément l/DPw(t) - 1/DPw(O) et le temps t en abscisse. Le tracé de la courbe passant au plus près des points expérimentaux sur ce dernier graphique permet de calculer les valeurs de n° et de kl pour l'équation [A] et les valeurs de n° et de kl et k2 pour l'équation [A']. Un exemple de graphiques pour un tel traitement de référence est illustré aux figures 3 et 4. Ce traitement de référence correspond au traitement C mentionné ci- dessus. La courbe en traits pleins de la figure 4 correspond à une courbe répondant à l'équation [A] avec n° égal à 0,01 et kl égal à 0,3 h ^"1 .

Dans ce cas, il s'agit d'un traitement de référence s'appuyant uniquement sur le premier mécanisme.

Un pilotage sur la base du seul premier mécanisme s'avère particulièrement intéressant lorsqu'il s'agit d'optimiser un traitement destiné à dépolymériser le biopolymère de manière limitée, ne conduisant pas jusqu'aux oligomères, par exemple s'agissant du chitosane pour atteindre des DPw de l'ordre de 100 à 150. Dans Ie traitement de référence ci-dessus, un tel DPw a été atteint à l'issue du traitement d'une durée de trois heures.

Le graphique de ia figure 5 correspond au traitement E pour lequel il a été montré l'importance du second mécanisme. Pour le calcul de n° et de kl _ref et de k2 _ref , il convient de tracer la courbe L' _E en trait plein sur la figure 5, qui est la plus proche des points matérialisant les résultats des mesures et de décomposer cette courbe L' _E en deux courbes LΕi et L' _E2 du type respectivement n°i(l"e ^"k i ^t ) et n ^Q ₂ (l-e ^"k ₂ ^t ) dans laquelle n° ₂ est égal à 1, pour ensuite déterminer les valeurs de n° (qui correspond à n°i) et de kl et k2, Dans le cas du traitement E, on a obtenu π° égal à 0,01, kl égal à 0,72 h ^"1 et k2 égal à l,6xlθ ^"3 h ^"1 . La valeur de k2 étant très faible, on comprend pourquoi la courbe L' _E2 s'apparente à une droite.

Le pilotage basé sur les deux mécanismes présente particulièrement de l'intérêt lorsqu'il s'agit d'optimiser les conditions de traitement pour obtenir un abaissement important du DPw, notamment lorsqu'il s'agit d'obtenir des oligomères, en particulier des chito-oiigosaccharides de DPw compris entre 2 et 12.

Les demandeurs ont caractérisé les chito-oligosaccharides obtenus par un traitement de dépolymérisation par voie ultrasonique d'un échantillon de chitosane totalement désacétylé, lis ont pu constater qu'il n'y avait pas eu d'altérations de la structure chimique lors de la dépolymérisation par ultrasons. Ils ont eu une distribution du DPw entre 2 et 11.

La technique de pilotage selon le procédé de la présente invention nécessite de maintenir constants, pour les traitements subséquents sur le même réacteur et avec le même biopolymère, les paramètres relatifs à la géométrie verticale du réacteur à savoir Ia hauteur H et la distance D, par rapport au traitement de référence qui a permis de calculer n° et kl _raf et/ou k2 _ref . En cas de changement de biopolymère, de hauteur H et/ou de distance D, il convient de procéder à un autre traitement de référence, pour calculer de nouveau n° et kl _ref et/ou k2 _ref . Les valeurs des autres paramètres correspondant aux premières valeurs à entrer dans les premiers moyens 8 d'entrée et de stockage de données peuvent être modifiés et servent de base à l'optimisation du traitement subséquent en fonction de l'objectif visé. Par exemple, s'il s'agit d'obtenir un chitosane ayant un DPw donné, par exemple de l'ordre de 150, le dispositif de pilotage permettra d'arrêter le traitement lorsque le temps écoulé sera égal à la valeur t obtenue en appliquant l'équation [A] ou [A'] avec DPw égal à 150. I! en est de même lorsqu'il s'agit d'obtenir des oligomères, de DPw beaucoup plus faible. Dans cet exemple, le pilotage permet d'optimiser le temps de traitement t en fonction du DPw que l'on veut obtenir, toutes les premières valeurs pour les autres paramètres étant déterminées. II est également possible de fixer le temps de traitement t et le DPw à obtenir et d'optimiser le traitement en faisant varier au moins l'un des autres paramètres, ce qui revient à faire varier les valeurs de kl et ou k2 dans l'équation [A] ou [A']. De préférence, la programmation du dispositif de pilotage 7 est prévue pour afficher préalablement quelle serait l'incidence de ia variation des premières valeurs desdits autres paramètres sur le temps de traitement et/ou le DPw obtenu. Ceci permet à l'utilisateur de modifier en connaissance de cause la concentration de la solution de biopolymère ou le diamètre de la sonde ou la puissance d'alimentation de la sonde ou le diamètre du réacteur ou encore la fréquence des ultrasons, avant de lancer le traitement subséquent.