Hydrodistillation des huiles essentielles assistée par ultrasons

L’extraction conventionnelle des huiles essentielles est coûteuse et prend beaucoup de temps. La sonication intensifie l’extraction, ce qui permet d’obtenir des rendements plus élevés et des extraits de qualité supérieure. Les sonicateurs Hielscher peuvent être facilement intégrés à tout système d’hydrodistillation conventionnel afin d’améliorer son efficacité et la qualité des extraits.

Hydrodistillation des huiles essentielles à partir de matières végétales

L’hydrodistillation est une variante de la distillation à la vapeur utilisée pour extraire des composés phytochimiques des matières végétales. Dans ce procédé, les matières végétales sont mises à tremper dans l’eau pendant une durée déterminée, puis le mélange est chauffé. Les composés volatils sont entraînés par la vapeur, puis condensés et séparés. La distillation à la vapeur, dont cette technique est issue, est couramment utilisée pour isoler les huiles essentielles – par exemple, en parfumerie.
Comme de nombreux composés organiques ont tendance à se décomposer lorsqu’ils sont exposés durablement à des températures élevées, l’industrie adopte de plus en plus des procédés alternatifs doux qui donnent de meilleurs résultats (qualité supérieure et rendements plus élevés). L’hydrodistillation assistée par ultrasons est l’une de ces techniques – une méthode d’extraction douce mais très efficace permettant de produire des huiles essentielles de haute qualité.

Les défis de la production conventionnelle d’huiles essentielles

Les problèmes des techniques d’extraction traditionnelles, telles que la distillation à la vapeur, tiennent aux quantités considérables de matières végétales nécessaires pour extraire des huiles essentielles à l’échelle commerciale. Pour obtenir 1kg (2 1/4 lb) d’huile essentielle de lavande, il faut environ 200kg (440lb) de fleurs de lavande fraîches ; pour 1kg d’huile de rose, il faut entre 2,5 et 5 tonnes métriques de pétales de rose ; et pour 1kg d’huile essentielle de citron, la matière première représente environ 3 000 citrons. Les huiles essentielles sont donc très coûteuses. Pour l’absolue de rose, le prix est d’environ 20 000€ (21,000US$) par litre.
Pour améliorer leur rentabilité et leur compétitivité, les producteurs d’huiles essentielles doivent mettre en œuvre des méthodes d’extraction plus efficaces et plus performantes. Les techniques d’extraction par ultrasons surpassent les méthodes d’extraction traditionnelles grâce à des conditions d’extraction douces, des rendements élevés et une qualité supérieure des extraits. La sonication peut être utilisée pour une extraction avec ou sans solvant. L’extraction par ultrasons à l’aide d’une sonde peut également être combinée à des systèmes d’extraction courants, par exemple l’extraction Soxhlet, l’extraction Clevenger, le CO2 supercritique, l’hydrodistillation ohmique, etc. (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, hydrodistillation ohmique assistée par ultrasons).

Sono-Clevenger avec la sonde ultrasonore UP200S : un montage d’hydrodistillation intensifiée par ultrasons pour une isolation très efficace des huiles essentielles.
(©Rasouli et al. 2021)

Avantages de la combinaison de l’extraction par ultrasons et de l’hydrodistillation

L’association de l’extraction assistée par ultrasons et de l’hydrodistillation est aujourd’hui une technique établie pour la production d’huiles essentielles de haute qualité. En tant que technique d’extraction non thermique, la sonication évite la dégradation thermique des composés thermosensibles. Parallèlement, l’efficacité de l’extraction et les rendements en huiles essentielles augmentent considérablement. Découvrez ci-dessous les avantages de la production d’huiles essentielles par ultrasons :

1. Efficacité d’extraction élevée : L’extraction à l’aide d’un sonicateur à sonde permet d’isoler les huiles essentielles plus efficacement que les méthodes d’extraction traditionnelles, telles que la distillation à la vapeur ou l’extraction par solvant. En effet, les ondes sonores provoquent une cavitation dans le liquide, ce qui contribue à désagréger les parois cellulaires des matières végétales et à libérer davantage d’huile essentielle.
2. Temps d’extraction réduit : L’extraction par ultrasons permet d’extraire les huiles essentielles en beaucoup moins de temps que les méthodes d’extraction traditionnelles. En effet, les ondes sonores intenses générées par une sonde ultrasonore peuvent pénétrer plus profondément dans les matières végétales, désagréger les cellules végétales avec une efficacité supérieure et ainsi extraire l’huile essentielle plus rapidement et plus efficacement.
3. Qualité améliorée de l’huile essentielle : Comme l’extraction par ultrasons est un traitement non thermique, elle permet de produire des huiles essentielles de meilleure qualité que les méthodes d’extraction traditionnelles. En effet, les ondes ultrasonores peuvent extraire l’huile essentielle sans endommager les composés aromatiques délicats qui lui confèrent son parfum et ses propriétés thérapeutiques.
4. Efficacité énergétique : L’extraction par ultrasons est une méthode d’extraction économe en énergie par rapport aux méthodes traditionnelles, telles que la distillation à la vapeur, qui nécessite beaucoup d’énergie pour produire de la vapeur.
5. Respect de l’environnement : La sonication est une technique d’extraction propre et respectueuse de l’environnement, car elle ne nécessite pas l’utilisation de solvants ou de produits chimiques susceptibles de nuire à l’environnement.

Ces avantages font de l’extraction des huiles essentielles par ultrasons une technique très efficace et économique, qui offre de nombreux avantages par rapport aux méthodes d’extraction traditionnelles.

La comparaison de l’extraction au dioxyde de carbone supercritique (sCO₂), de l’extraction assistée par ultrasons (UAE), de l’extraction au dioxyde de carbone supercritique combinée à une technique de variation de pression (SCE-PST) et de l’extraction Soxhlet montre que l’UAE est la technique d’extraction la plus efficace et la plus rapide.

Étude scientifique : hydrodistillation des huiles essentielles assistée par ultrasons

• Matière première pour l’extraction : Feuilles séchées de thym, de sauge, de mélisse, de lavande et d’origan
• Rendement accru en huiles essentielles : jusqu’à 29,58% d’huiles essentielles supplémentaires
• Temps de traitement réduit

Une étude récente de Nenciu et al. (2026) a démontré les avantages de l’hydrodistillation assistée par ultrasons pour les huiles essentielles de thym, de sauge, de mélisse, de lavande et d’origan. Les matières végétales séchées ont été mélangées à de l’eau, prétraitées à l’aide d’un sonicateur à sonde Hielscher UP400St, puis distillées à la vapeur. La cavitation acoustique désagrège les tissus végétaux et les structures glandulaires contenant l’huile, facilitant la libération des composés volatils avant la distillation. Dans les conditions optimisées – particules de biomasse de 1 cm, puissance ultrasonore de 150 W et extraction de 85 minutes – le rendement en huile essentielle est passé de 1,42 à 1,84% v/w, soit une amélioration allant jusqu’à 29,58% par rapport à une hydrodistillation conventionnelle de 120 minutes. L’analyse GC-MS a confirmé les composés caractéristiques de chaque huile, notamment le carvacrol dans l’origan, le thymol dans le thym, le citral et le géranial dans la mélisse, le cinéole et le camphre dans la sauge, ainsi que le linalol et l’acétate de linalyle dans la lavande. Les résultats montrent que le prétraitement par ultrasons peut augmenter le rendement en huile essentielle et réduire la durée de l’hydrodistillation, améliorant ainsi l’efficacité globale de la production d’huiles essentielles.

Montage d’hydrodistillation assistée par ultrasons (UAHD) : (a) sonicateur UP400St (b) unité d’hydrodistillation ; (c) système de condensation de la vapeur + refroidissement
Image et étude : Nenciu et al., 2026

Rendement accru en huiles essentielles : extraction par ultrasons avant l’hydrodistillation

Pour l’extraction par ultrasons d’huile essentielle à partir de matières végétales (par exemple, lavandin, sauge, agrumes, etc.), un système de sonication à sonde tel que l’UIP2000hdT peut être utilisé à l’échelle de paillasse, à l’échelle pilote et à l’échelle de production. Le système d’extraction peut être configuré pour fonctionner en mode discontinu ou en ligne.
Pour l’extraction par ultrasons en mode discontinu, il est recommandé d’utiliser un récipient entouré d’un bain d’eau froide. Le bain d’eau permet d’éviter une élévation indésirable de la température et la dégradation qui en résulte. Pour l’extraction de l’huile essentielle de lavandin, les fleurs de lavande sont extraites avec, par exemple, 2L d’eau distillée pendant une durée d’extraction de 30 min. L’amplitude ultrasonore est réglée à 60%. Après le prétraitement par ultrasons, les fleurs de lavande sont retirées et une distillation conventionnelle à la vapeur est effectuée pour extraire l’huile essentielle.
Pour le montage d’extraction en ligne, le processeur ultrasonore est équipé d’une sonotrode et d’une cellule à circulation. Pour assurer le refroidissement, le réacteur à cellule à circulation est équipé d’une double enveloppe de refroidissement. Lors du prétraitement par ultrasons, les matières végétales macérées sont pompées à travers la chambre de réaction, où elles traversent directement la zone de cavitation. Un autre avantage de l’extraction par ultrasons en ligne est la possibilité de mettre la chambre de réaction sous pression afin d’accroître l’effet d’extraction.
Le prétraitement par ultrasons avant l’hydrodistillation augmente le rendement en huiles essentielles extraites et améliore la vitesse d’extraction – ce qui rend l’ensemble du procédé plus efficace.

Étude de cas : hydrodistillation de l’huile essentielle de Satureja khuzistanica assistée par ultrasons

Rasouli et al. (2021) ont étudié l’efficacité de l’extraction des huiles essentielles de la plante herbacée Satureja khuzistanica Jamzad en comparant l’hydrodistillation traditionnelle et le procédé Clevenger intensifié par ultrasons (Sono-Clevenger). Ils ont comparé les deux techniques d’extraction, l’hydrodistillation et le procédé Clevenger assisté par ultrasons, en termes de durée d’isolation, de rendement et de qualité des huiles essentielles obtenues. Les résultats montrent que, si le profil chimique et les propriétés biologiques des huiles essentielles obtenues présentent une qualité élevée comparable, la méthode d’extraction par ultrasons améliore jusqu’à 40% le rendement d’isolation de l’huile essentielle. Les images de microscopie électronique à balayage (SEM) des feuilles de Satureja traitées révèlent une désagrégation plus efficace des parois cellulaires végétales par sonication. Une amélioration de l’extraction des huiles essentielles d’environ 40% par rapport à la méthode d’hydrodistillation conventionnelle a ainsi été observée.
Cette étude confirme les résultats de nombreux autres travaux qui ont étudié le prétraitement par ultrasons avant l’hydrodistillation et montré que la sonication à sonde améliore à la fois la qualité et la quantité de l’huile essentielle, tout en réduisant le temps d’extraction et la consommation d’énergie par rapport aux techniques conventionnelles.
 

Comparaison du rendement d’extraction en fonction du temps pour l’hydrodistillation et la méthode Sono-Clevenger : l’extraction des huiles essentielles par ultrasons avec un Sono-Clevenger donne des rendements plus élevés en huiles essentielles dans un temps d’extraction plus court.
(©Rasouli et al. 2021)

Microscopie électronique à balayage (SEM) de feuilles de Satureja : (A) après une hydrodistillation de 4 heures et (B) après un traitement Sono-Clevenger de 60 min. Le traitement Sono-Clevenger, plus court, permet une meilleure désagrégation cellulaire et donc des rendements plus élevés en huiles essentielles.
(©Rasouli et al. 2021)

Extracteurs à ultrasons pour l’hydrodistillation des huiles essentielles

Les extracteurs à ultrasons de puissance Hielscher sont disponibles pour les installations de paillasse, les installations pilotes et les installations industrielles. Nos processeurs ultrasonores permettent un contrôle précis et peuvent délivrer des amplitudes très élevées (jusqu’à 200µm pour les sonicateurs industriels, amplitudes supérieures sur demande) afin de générer un champ acoustique intense. Tous nos appareils à ultrasons, des systèmes de laboratoire aux systèmes industriels, sont conçus pour fonctionner 24/7 dans des conditions d’utilisation intensive.
Les extracteurs à ultrasons Hielscher peuvent être testés à l’échelle de paillasse pour des essais de faisabilité et l’optimisation des procédés. Tous les résultats des procédés peuvent ensuite être transposés linéairement à une production industrielle à pleine échelle. Notre longue expérience du traitement par ultrasons nous permet de conseiller et d’accompagner nos clients, depuis les premiers essais et l’optimisation des procédés jusqu’à la mise en œuvre d’une exploitation industrielle très efficace.
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Nos systèmes à ultrasons robustes peuvent être utilisés pour la sonication en mode discontinu et en ligne. Pour la production d’huiles essentielles, une combinaison synergique peut être obtenue en installant une sonde ultrasonore dans un montage d’hydrodistillation conventionnel. Les lignes de production existantes peuvent également être facilement équipées.

Le tableau ci-dessous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos sonicateurs :

Principe de fonctionnement de l’extraction des huiles essentielles par ultrasons

Il a été démontré que l’extraction par ultrasons permet d’obtenir des rendements d’extraction plus élevés et de réduire la consommation d’énergie. Le principe de fonctionnement de l’extraction par ultrasons repose sur l’implosion des bulles générées par la cavitation ultrasonore. La cavitation ultrasonore / acoustique génère des microjets liquides qui détruisent les glandes contenant des lipides dans les tissus végétaux. Le transfert de matière entre la cellule et le solvant est ainsi amélioré et l’huile essentielle est libérée. Un avantage majeur des extracteurs à ultrasons modernes est le contrôle précis des paramètres de fonctionnement (par exemple, intensité ultrasonore, température, durée de traitement, pression, temps de séjour, etc.). L’augmentation du rendement en huiles essentielles, la réduction de la dégradation thermique, la haute qualité et un bon profil aromatique et gustatif sont scientifiquement démontrés (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
Alors que d’autres techniques d’extraction modernes n’offrent que des possibilités limitées de transposition à la production industrielle, la possibilité de transposer l’extraction par ultrasons à l’échelle industrielle est déjà démontrée. Par exemple, le rendement d’extraction des huiles essentielles d’agrumes japonais a augmenté de 44% par rapport aux méthodes d’extraction traditionnelles (Mason et al. 2011).

Bibliographie / Références

• Nenciu, Florin, Ana-Maria Tăbărașu, Cristina Fătu, Nicolae-Valentin Vlăduț, Iulian Voicea, Sorina Dinu (2026): Ultrasound-Assisted Hydrodistillation of Essential Oils for Eco-Friendly Biocontrol of Botrytis cinerea in Grapevines. Horticulturae 12, no. 9: 1054. 2026
• Rasouli, Seyed Reza; Nejad, Ebrahimi Samad; Rezadoost, Hassan (2021): Simultaneous ultrasound-assisted hydrodistillation of essential oil from aerial parts of the Satureja khuzistanica Jamzad and its antibacterial activity. Journal Of Medicinal Plants, Vol. 20, no. 80; 2021. 47–59.
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• Sicaire, Anne-Gaëlle; Vian, Maryline Abert; Fine, Frédéric; Carré, Patrick; Tostain, Sylvain; Chemat, Farid (2016): Ultrasound induced green solvent extraction of oil from oleaginous seeds. Ultrasonics Sonochemistry (2016), Vol. 31. 319-329.
• Yoswathana, N.; Eshiaghi, M.N.; Jaturapornpanich, K. (2012): Enhancement of Essential Oil from Agarwood by Subcritical Water Extraction and Pretreatments on Hydrodistillation. International Journal of Chemical, Molecular, Nuclear, Materials and Metallurgical Engineering Vol:6, No:5, 2012. 453-459.