Le cycle avec soutien de pression en autoclave

Dans le domaine de la technologie de stérilisation, le développement du cycle avec soutien de pression en autoclave représente une avancée significative, en particulier pour la stérilisation des produits emballés tels que les collyres, les flacons, les seringues préremplies, et les aliments en sachets et en conserves.

Le recours à ce processus trouve son origine dans la nécessité de contrôler la différence de pression entre l’intérieur des conteneurs et la chambre pendant les phases de stérilisation et de refroidissement.

Pour atténuer le risque d’une différence excessive, le cycle avec soutien de pression a été mis au point. Il utilise de l’air comprimé, injecté stratégiquement dans la chambre de stérilisation. Ainsi, la différence de pression est minimisée, ce qui préserve l’intégrité structurelle des récipients traités.

Types de cycles avec soutien de pression

Il existe deux variantes principales du cycle avec soutien de pression en autoclave : le cycle en surpression et le cycle avec mélange air-vapeur. Chacune est conçue pour répondre à des besoins spécifiques et s’adapter à différents types de charge.

Cycle avec surpression

Le cycle avec surpression, également connu sous le nom de « air ballast », est une adaptation avancée du cycle standard de stérilisation des liquides, qui combine l’utilisation d’air comprimé avec un système de refroidissement rapide, spécialement conçu pour le traitement des récipients semi-ouverts. Son principal avantage réside dans la minimisation de l’évaporation de la charge pendant la phase de refroidissement, ce qui en fait un choix idéal lorsqu’une perte de liquide, même minime, n’est pas souhaitable. Ce cycle est couramment utilisé pour la stérilisation d’articles tels que les pipettes préremplies, les flacons de solution, les bouteilles non hermétiques, la verrerie recouverte d’une feuille d’aluminium et tout autre récipient permettant une ventilation partielle.

Comme nous l’expliquons dans notre article sur le cycle de stérilisation des liquides, il est indispensable d’effectuer une dépressurisation contrôlée et progressive pour éviter une ébullition soudaine du contenu, ou « boil-over », pendant la phase de refroidissement. Cependant, il existe un problème que le cycle standard des liquides ne résout pas : après la phase de stérilisation, tout au long de la phase de refroidissement, la charge traitée perd de la masse liquide en raison de l’évaporation. Pour pallier cet inconvénient, le cycle avec surpression introduit de l’air comprimé dans la chambre pour maintenir la pression, réduisant ainsi la pression partielle de la vapeur. Cette réduction, associée à une baisse rapide de la température grâce au système de refroidissement, diminue considérablement l’évaporation de la charge, ce qui permet de refroidir rapidement le matériel sans perte significative de liquide.

D’un point de vue fonctionnel, le cycle avec surpression présente des similitudes avec le cycle avec mélange air-vapeur : les deux méthodes pressurisent la chambre de l’autoclave en utilisant une combinaison de vapeur et d’air comprimé. Cependant, alors que le cycle avec mélange air-vapeur consiste à injecter de l’air lors des phases de stérilisation et de refroidissement, le cycle avec surpression injecte de l’air comprimé uniquement pendant la phase de refroidissement.

Le cycle avec mélange air-vapeur est généralement appliqué lorsque des conteneurs scellés développent une pression interne élevée et risquent de se déformer ou de se briser. De son côté, le cycle avec surpression vise à minimiser l’évaporation de la charge liquide pendant la phase de refroidissement, offrant ainsi une solution optimale pour la conservation des liquides dans des récipients semi-ouverts.

Des exemples d’applications où il est préférable d’utiliser ce cycle sont le traitement de bouteilles semi-ouvertes contenant du milieu de culture ou encore, dans le secteur pharmaceutique, la stérilisation de récipients de petit volume, où la perte de liquide par évaporation n’est pas acceptable.

Habituellement, les autoclaves avec soutien de pression intègrent aussi un système de refroidissement rapide, comme un ventilateur interne et un serpentin d’eau qui entoure l’extérieur de la chambre.

La combinaison des deux systèmes minimise l’évaporation des charges liquides dans la dernière phase du cycle, d’une part en réduisant rapidement la température et, d’autre part, en augmentant la pression dans la chambre.

Cycle avec mélange air-vapeur

Comme nous l’avons vu, le cycle avec surpression implique l’utilisation stratégique d’air comprimé pendant la phase de refroidissement afin d’éviter l’évaporation des liquides dans des récipients partiellement ou totalement ouverts. Cependant, pour la stérilisation d’objets hermétiquement fermés, un cycle différent doit être utilisé : le cycle avec mélange air-vapeur.

La création de ce cycle découle du besoin d’égaliser la pression interne et externe des récipients afin d’éviter leur déformation ou rupture en raison de l’expansion thermique de leur contenu lorsqu’il est chauffé à des températures supérieures à 120 ºC.

Ce graphique illustre l’injection d’air comprimé dans la chambre pendant la phase de stérilisation pour assurer qu’il n’y a pas de différence de pression excessive entre la pression interne de la cuve et celle de la chambre.

Cependant, comme vous le savez si vous avez parcouru notre blog, l’introduction d’air froid dans la chambre agit comme un isolant thermique et gêne l’accès de la vapeur à la charge. En effet, la plupart des gaz qui composent l’air, comme l’azote ou le dioxyde de carbone, sont des gaz non condensables.

Ces gaz empêchent la vapeur de se condenser à la surface de la charge, limitant le transfert de chaleur au matériel à traiter. Ceci ralentit donc le chauffage de la charge et réduit l’efficacité de la stérilisation. Par conséquent, tout autoclave qui effectue des cycles avec mélange air-vapeur doit être doté d’un système d’homogénéisation performant qui garantisse la stabilité et l’homogénéité de la température en tout point de la charge.

Ces systèmes fonctionnent en agitant mécaniquement l’atmosphère, comme les ventilateurs radiaux, ou la charge elle-même, comme les mécanismes d’agitation.

Une fois la phase de stérilisation terminée, tout comme dans le cycle avec surpression, une pression élevée est maintenue dans la chambre pour préserver l’intégrité structurelle de la charge pendant que la température et la pression interne diminuent.

Les cycles avec mélange air-vapeur utilisent également le plus souvent un système de refroidissement rapide. Néanmoins, à l’inverse des cycles avec surpression, les récipients étant hermétiquement fermés, le refroidissement peut être obtenu par injection directe d’eau froide à l’intérieur de la chambre. Cette méthode est très courante dans l’industrie alimentaire, où l’immersion dans l’eau froide au moyen d’une douche ou par pulvérisation est utilisée pour les conserves ou les pouchs.

Un exemple pratique qui illustre très bien la nécessité de ce type de cycle est celui de la stérilisation de seringues préremplies. En l’absence de soutien de pression pendant la phase de stérilisation à 121 °C, la pression générée dans les seringues pourrait faire sortir le piston. Inversement, pendant la phase de refroidissement, si la pression de la chambre n’est pas contrôlée et diminuée progressivement, elle pourrait dépasser la pression interne à l’intérieur de la seringue et absorber le piston vers l’intérieur, ce qui entraînerait la rupture de la seringue et la rendrait inutilisable. Il est donc impératif que l’air comprimé soit utilisé avec précaution dans ces deux phases afin qu’à aucun moment la différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur de la seringue ne soit excessive.

Applications pratiques du cycle avec soutien de pression

Comme nous l’avons indiqué, les cycles avec soutien de pression sont indispensables dans un grand nombre de secteurs pour traiter une large gamme de produits. Dans l’industrie pharmaceutique, ils sont essentiels pour stériliser les seringues préremplies, les flacons de solution et autres produits emballés qui, sans un contrôle adéquat de la pression, pourraient se déformer ou se briser. En effet, l’intégrité du conteneur permet de garantir la stérilité du produit final et d’éviter les contaminations qui pourraient avoir de graves conséquences pour la santé des patients.

Dans le secteur alimentaire, les cycles avec soutien de pression sont indispensables pour la stérilisation des conserves et des produits emballés. Lorsqu’ils sont soumis à des températures élevées pendant la stérilisation, ceux-ci peuvent subir des déformations ou se briser si les pressions interne et externe ne sont pas correctement équilibrées. En particulier, les cycles avec mélange air-vapeur et refroidissement rapide sont largement utilisés dans la stérilisation de produits tels que les sauces, les pâtés ou les plats préparés, pour lesquels il est essentiel de maintenir la qualité de l’emballage et les propriétés organoleptiques du contenu.

Un autre domaine d’application important est celui des laboratoires de recherche et des laboratoires cliniques. Les solutions de laboratoire comme les milieux de culture en bouteilles nécessitent des cycles de stérilisation avec surpression pour éviter une perte de volume par évaporation.

En résumé, les cycles avec soutien de pression constituent une solution polyvalente et efficace pour une vaste gamme d’applications, permettant la stérilisation de produits sensibles à la pression sans compromettre leur intégrité structurelle ou leur contenu. Le choix du cycle approprié dépend de la nature du matériel à stériliser, du type de récipient et des exigences spécifiques de chaque processus.

Considérations relatives à la sécurité et à l’efficacité

La mise en œuvre de cycles avec soutien de pression dans les autoclaves ne vise pas seulement à améliorer l’efficacité de la stérilisation, mais elle est également étroitement liée à des considérations de sécurité et de qualité. Les cycles sélectionnés et les paramètres utilisés doivent être soigneusement adaptés à chaque application. Cela implique une validation exhaustive du processus pour chaque type de matériel et de disposition de la charge.

La sécurité pendant le fonctionnement de l’autoclave est une préoccupation majeure. L’injection d’air comprimé et l’utilisation de pressions élevées doivent être gérées avec précaution pour éviter les risques de rupture des récipients, d’explosion et les dysfonctionnements de l’autoclave. Les systèmes de contrôle et de suivi de l’appareil doivent être conçus pour détecter et corriger tout écart par rapport aux paramètres établis, garantissant ainsi un fonctionnement sûr.

Du point de vue de l’efficacité, la distribution correcte de la chaleur et de la pression dans la chambre de stérilisation est essentielle pour garantir que l’ensemble de la charge reçoive le traitement nécessaire pour atteindre la stérilité. Les systèmes d’homogénéisation et d’agitation mécanique, comme les ventilateurs radiaux, permettent de maintenir une atmosphère uniforme dans la chambre, et ils doivent être entretenus régulièrement pour garantir leur bon fonctionnement.

Par ailleurs, il est important de tenir compte de l’impact environnemental des cycles de stérilisation avec soutien de pression et refroidissement rapide. La quantité d’eau utilisée pour refroidir la charge peut être considérable. Par conséquent, l’optimisation de ces cycles pour minimiser la consommation de ressources sans compromettre l’efficacité du processus est une considération clé pour un fonctionnement durable.

En conclusion, les cycles avec soutien de pression en autoclave représentent une solution avancée pour la stérilisation des produits sensibles à la pression et à la température, alliant efficacité et sécurité. La mise en œuvre et la gestion correctes de ces cycles nécessitent une compréhension approfondie des principes physiques et chimiques qui entrent en jeu, ainsi qu’un engagement à l’égard de la qualité et de la sécurité opérationnelle.