Ce travail de thèse de doctorat a eu pour objectif d’étudier la cristallisation d’un principe actif pharmaceutique, le sulfathiazole, par procédé Supercritique Anti-Solvant. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à l’influence des conditions opératoires sur les caractéristiques des cristaux générés en termes de taille, nature polymorphique et faciès. Lors d’une campagne expérimentale de cristallisation, nous avons fait varier la température (313 K et 328 K), la pression (10 et 20 MPa), le rapport molaire solvant/CO2 (2,5 à 15%) et la concentration massique de la solution organique (0,5 à 1,8%). La durée de l’étape de cristallisation a été aussi variée de 4, 5 et 8 h. Nous avons également étudié au préalable les équilibres de phases et mesuré les solubilités du principe actif dans la phase fluide afin de connaître l’état de sursaturation dans le milieu de cristallisation pour toutes les conditions étudiées. Les résultats ont montré que dans certaines conditions la forme polymorphique IV (la plus stable à pression ambiante) est obtenue pure alors que dans d’autres conditions elle est obtenue en mélange avec la forme instable I. Nous avons par ailleurs observé une variation des caractéristiques des cristaux en fonction de la durée de l’étape de cristallisation. Dans les conditions correspondant à de faibles sursaturations et à des phénomènes de transfert limités, la forme IV est initialement obtenue alors que la formation de la forme I est ensuite favorisée au cours du temps. Ces résultats démontrent clairement l’importance du contrôle de la durée de l’étape de cristallisation par le procédé SAS. / This Ph.D. work aimed to study the crystallization of an active pharmaceutical ingredient, sulfathiazole, by Supercritical Anti-Solvent process. We have particularly focused on the influence of the operating conditions on the characteristics of the formed crystals in terms of size, polymorphism concerns more than 80% of active pharmaceutical ingredients and the formation of an undesired polymorphic form can have dramatic consequences on the drug bioavailability or on its stability over time. During an experimental crystallization campaign, we varied the temperature (313 K and 328 K), the pressure (10 and 20 MPa), the solvent / CO2 molar ratio (2.5 to 15%) and the mass concentration of the organic solution (0.5 to 1.8%). The duration of the crystallization step was also varied to 4, 5 and 8 hours. We have also studied the phase equilibria before hand and measured the solubilities of the active principle in the fluid phase in order to evaluate the supersaturation level in the crystallization medium for all the studied conditions.The results showed that under certain conditions, the polymorphic form IV (the most stable at ambient pressure) is obtained pure whereas under other conditions, it is obtained in mixture with the unstable form I. We also observed a variation of the crystal characteristics depending on the duration of the crystallization step. For conditions corresponding to low supersaturations and limited transfer phenomena, form IV is initially obtained whereas the formation of form I is favored over time. These results clearly demonstrate the importance of controlling the duration of the SAS crystallization step.

Ce manuscrit présente une étude du procédé Supercritique Anti-Solvant (SAS) en combinant un travail expérimental et une étude de modélisation moléculaire. En comparaison aux méthodes traditionnelles de cristallisation en solution, le procédé SAS permet une baisse significative des quantités de solvants utilisées, un meilleur contrôle des caractéristiques des poudres générées ainsi qu’une plus grande sélectivité polymorphique. De nombreuses études expérimentales ou de modélisation numérique ont permis une meilleure compréhension de ce procédé, mais certains aspects, liés aux mécanismes de cristallisation sous pression, demeurent moins discutés. Par une investigation de ces mécanismes, l’objectif de ce travail a été de développer et de valider des méthodes permettant un meilleur contrôle du faciès des poudres générées et de la forme du polymorphe. De ces caractéristiques dépendent certaines propriétés des cristaux, telles que leur cinétique de dissolution ou encore leur stabilité physique et chimique, particulièrement importante pour le domaine pharmaceutique / This manuscript presents a study of the Supercritical Anti-Solvent (SAS) process by combining an experimental work and a molecular modeling study. Compared with conventional crystallization methods in liquid solutions, the SAS process allows a significant decrease in the amounts of solvents used, a better control of generated powder characteristics as well as a greater polymorphic selectivity. Many experimental studies or numerical modeling have allowed a better understanding of this process, but some aspects, related to crystallization mechanisms under pressure, remain less discussed. Through an investigation of these mechanisms, the objective of this work was to develop and validate methods allowing a better control of the crystal habit and of the polymorphic form of generated powders. Certain crystal properties depend on these characteristics, such as their dissolution kinetics or their physical and chemical stability, which are particularly important in the pharmaceutical field