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{{À délister|date=septembre 2023}}[[Fichier:Separatory funnel with oil and colored water.jpg|vignette|Ampoule à décanter contenant de l'huile et de l'eau colorée.]]
L''''extraction liquide-liquide''' est un [[procédé de séparation]] en [[génie chimique]], consistant en une [[extraction (chimie)|extraction]] par transfert de matière ([[soluté]]s) entre deux [[phase (matière)|phases]] liquides.

Contrairement à l'opération de [[distillation]], le produit extrait ne change pas de phase : un mélange binaire dont on veut effectuer la séparation est mis en contact avec un troisième liquide non miscible appelé « [[solvant]] » et retenu pour sa capacité à extraire préférentiellement l'un des éléments du mélange. Après l'opération, on récupère deux phases séparées par [[décantation]] : l'extrait, formé du solvant enrichi en soluté, ainsi que le raffinat, le mélange appauvri en soluté.

Cette opération, ordinaire dans l'[[industrie chimique]], permet de séparer des produits ayant des [[point d'ébullition|températures d'ébullition]] très voisines (donc une distillation trop délicate) mais ayant des propriétés physico-chimiques différentes. Au laboratoire, c'est aussi une technique de purification très employée : dans une [[ampoule à décanter]], les deux liquides séparent les solutés en fonction de leur [[solubilité]] dans chaque solvant. Au niveau industriel, on remplace, par exemple, l'ampoule à décanter par un {{Lien|langue=en|trad=Centrifugal extractor|fr=extracteur centrifuge}}<ref>Jean-Louis Brisset, Ahmed Addou, Mustapha Draoui, David Moussa et Fatiha Abdelmalek, ''Chimie analytique en solution : Principes et applications'', Lavoisier, 2011.</ref>, une colonne d'extraction ou un [[mélangeur-décanteur|mélangeur/décanteur]].

== Domaines d'application ==
L'extraction liquide-liquide s'est d'abord développée dans l'[[hydrométallurgie]] pour la récupération des métaux dans des solutions aqueuses puis a été généralisée pour : la séparation de composés ayant des températures d'ébullition voisines, d'[[azéotrope]]s, de produits thermosensibles et de composés ayant un faible coefficient de [[Volatilité (chimie)|volatilité]] relative<ref>Jimmy L. Humphrey et George E. Keller, ''Procédés de séparation, Techniques, sélection, dimensionnement'', {{coll.|Technique et Ingénierie}}, Dunod/Industries et Technologies, 2001.</ref>, la concentration ou la purification de solutions diluées et enfin l'obtention de produits de haute pureté comme les sels d'[[uranium]] de qualité [[Industrie nucléaire|nucléaire]] ou les sels de [[Terre rare|terres rares]] pour l'[[électronique (technique)|électronique]] et l'[[optique]].
== Types ==
On distingue deux types d'extraction liquide-liquide. Le premier est l'extraction par échange d'ions : la phase d'alimentation s'enrichit d'une espèce contenue dans le solvant pendant que le soluté passe dans le solvant. Elle repose sur une réaction chimique et l'échange de [[cation]]s et [[anion]]s.

L'autre type est l'extraction compensée. Il s'agit d'un simple transfert de molécules ou d'agrégats d'ions globalement neutres. L'extraction peut être faite avec un réactif [[solvatation|solvatant]], permettant un transfert résultant d'interactions chimiques fortes, ou non solvatant.
== Étapes ==
Le procédé se déroule en trois étapes principales : 

'''L'extraction du soluté''' : en [[hydrométallurgie]], la phase d'alimentation est généralement aqueuse et le solvant organique. En [[pétrochimie]], les deux phases sont généralement organiques ;

'''Le lavage du solvant''' qui permet de retirer certaines impuretés extraites et ainsi améliorer la [[sélectivité]] du procédé ; 

'''La récupération du soluté de l'extrait''' qui peut être faite par [[distillation]], [[évaporation]] ou nouvelle extraction liquide-liquide suivie d'une [[précipité|précipitation]] selon la nature et les propriétés physico-chimiques du soluté et du solvant.
== Choix du solvant ==
En général, la phase d'alimentation initiale est imposée, et les possibilités se limitent au choix du solvant possédant si possible les propriétés suivantes :
* une capacité d'extraction importante avec un [[rapport de distribution]] compris entre 5 et 50 ;
* une grande [[sélectivité]] vis-à-vis des solutés indésirables caractérisées par les ''facteurs de séparation'' ;
* une [[solubilité]] négligeable dans le raffinat ;
* une bonne stabilité chimique lors des opérations requises ;
* des caractéristiques physiques telles que les temps de séparation de phase et [[dispersion]] soient acceptables : [[viscosité]], [[tension superficielle]], [[masse volumique]] ;
* un impact minimal vis-à-vis de l'[[environnement]], de la [[sécurité]] et de la tenue des matériaux.

Un solvant satisfaisant l'ensemble de ces conditions faisant souvent défaut, c'est le meilleur compromis qui est retenu. Il est également possible de recourir à des mélanges comme l'addition d'un [[diluant]] modifiant les propriétés physiques comme l'abaissement de la viscosité et de la masse volumique de la phase [[solvant]].

== Coefficient de partage ==
{{Article principal|Coefficient de partage}}
L'opération d'extraction liquide-liquide exploite la différence d'[[affinité chimique|affinité]] d'un [[soluté]] vis-à-vis des deux [[phase (matière)|phases]] en présence.

À l'[[Équilibre chimique|équilibre]], les concentrations du soluté dans les deux phases sont telles que le coefficient de partage {{mvar|K}} soit égal au rapport de l'[[activité chimique]] du [[soluté]] dans les deux phases :
:<math>K=\frac{a_{B}}{a_{A }} </math> où A et B sont les deux phases considérées.

Si les deux solutions sont suffisamment diluées, on peut considérer que :
:<math>K=\frac{a_{B}}{a_{A}}=\frac{C_{B}}{C_{A}}</math>.
Ce coefficient de partage est une [[constante d'équilibre]] qui, pour un soluté et des solvants donnés, ne dépend que de la [[température]] et éventuellement de la [[pression]].

== Rendement ==
=== Détermination expérimentale ===
La méthode la plus simple et la plus précise permettant de calculer le [[rendement]] <math>R</math> d'une extraction chimique consiste à doser soit la quantité d'espèce passée dans la phase organique, soit la quantité d'espèce restant dans la phase aqueuse, connaissant la quantité totale d'espèce mise en jeu :

:<math>R = q_{org} = \frac{n_{org}}{n_{totale}}</math> ou <math>R = q_{org} = \frac{n_{totale} - n_{aq}}{n_{totale}}</math>.


Le rendement est donné en valeur absolue (entre 0 et 1) ou en pourcentage (entre 0 % et 100 %).

=== Calcul théorique ===
Le rendement théorique d'une extraction peut se calculer à partir du coefficient de partage de l'espèce concernée. La connaissance de ce rendement permettra de connaitre la quantité de produits qu'il est possible d'extraire, ou ''a contrario'', suivant le rendement que l'on souhaite atteindre, on pourra définir le protocole d'extraction le plus adapté.

La formule de rendement s'obtient à partir de la définition du coefficient de partage :

<math>K_{p} = \frac{C_{org}}{C_{aq}} = \frac{\frac{n_{org}}{V_{org}}}{\frac{n_{aq}}{V_{aq}}}</math>

On peut en déduire que : <math>q_{org} = \frac{K_p}{\frac{K_p + V_{aq}}{V_{org}}}</math>

On peut aussi en déduire la quantité d'espèce restant dans la phase aqueuse : <math>q_{aq} = \frac{V_{aq}}{K_pV_{org} + V_{aq}}

</math>, sachant que la quantité extraite et la quantité restant dans la phase aqueuse sont liées par la relation : <math>q_{aq} + q_{org} = 1</math>.

Il est intéressant de réaliser plusieurs extractions successives en fractionnant le volume total de [[solvant]], on obtient ainsi un rendement supérieur à celui que l'on obtiendrait en réalisant une seule extraction avec la totalité du volume de solvant : <math>q_{org} = 1 - q_{aq} = 1 - \left ( \frac{V_{aq}}{K_p  V_{org} + V_{aq}} \right ) ^n


</math> où n représente le nombre de cycles d'extraction réalisés.

== Bibliographie ==
* {{ouvrage|éditeur=[[McGraw-Hill Education|McGraw-Hill]]|titre=Perry's chemical engineers'handbook|prénom=Robert H.|nom=Perry|prénom2=Don W. |nom2=Green |langue=en |année=2007 |isbn=978-0-07-142294-9}}
* {{ouvrage|éditeur=[[Dunod]]|titre=Opérations unitaires du Génie Chimique|prénom=Marcel|nom=Loncin|lieu=Paris|année=1961}}
* Henri Fauduet, ''Principes fondamentaux du génie des procédés et de la technologie chimique'', [[Éditions Lavoisier|Lavoisier]], 1997 {{ISBN|2-7430-0227-1}}
* Gérard Cote, [https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/procedes-chimie-bio-agro-th2/operations-unitaires-extractions-fluide-fluide-et-fluide-solide-42332210/extraction-liquide-liquide-j2762/ ''Extraction liquide-liquide - Définition du procédé – Réactifs industriels''], [[Techniques de l'ingénieur]], 2021

== Notes et références ==
{{Références}}

== Liens externes ==
* [http://culturesciences.chimie.ens.fr/content/extraction-liquide-liquide-et-sechage-896 Présentation filmée d'une extraction liquide-liquide]

{{Palette|Extraction (chimie)}}
{{Portail|chimie|industrie}}

[[Catégorie:Extraction]]
[[Catégorie:Chimie organique]]