L’intensification des procédés pour l’usine du futur dans les industries chimiques et connexes

Quelles orientations pour la formation et la recherche en génie des procédés ?

1- La demande industrielle d’Intensification des Procédés pour l’usine du futur
Dans le cadre du développement durable et de la globalisation des marchés, il existe aujourd’hui pour les industries chimiques et connexes (pétrochimie, santé, cosmétique, alimentaire, environnement, textile, papier, verres, bitume, sidérurgie, nucléaire, matériaux de construction, électronique) une urgente demande qui combine à la fois un attrait des marchés (market pull) et une demande d’innovation technologique (technology push).
Ainsi pour répondre à la demande sociétale de durabilité et offrir une contribution au combat contre la destruction environnementale et le comportement non durable de la production industrielle mondiale actuelle où il apparaît que seulement un quart des richesses extraites de dame terre se retrouve sous forme de produits et de services la chimie et le génie des procédés sont désormais confrontés à de nouveaux défis portant sur des systèmes complexes aux différentes échelles de la chaîne de production chimique (molécule, produits, procédés).
Une réponse est apportée par l’intensification des procédés qui se définit par « produire beaucoup plus et mieux en consommant beaucoup moins », en utilisant pour la conception de l’usine du futur des technologies qui mettent en oeuvre de nouveaux modes opératoires avec les équipements existants (hybridation d’opérations unitaires, mise en oeuvre de milieux réactionnels de la chimie verte) ou bien en concevant de nouveaux équipements basés sur des principes scientifiques (réacteurs microstructurés) qui conduisent à de nouveaux modes ou échelles de production de produits ciblés par des consommateurs de plus en plus exigeants (i.e. santé et alimentation). De plus un des principaux avantages de l’utilisation de la technologie réacteurs microstructurés est qu’un grand nombre de procédés discontinus peuvent être conduits en mode continu et s’avèrent être beaucoup flexibles comparées aux procédés traditionnels L‘intensification des procédés peut ainsi conduire à des économies cumulées de 30 % en matières premières et énergies et en coûts d’investissements (CAPEX) et opératoires (OPEX).
2- Obstacles et voies d’avenir pour l’intensification des procédés Cependant il existe plusieurs obstacles importants à surmonter avant que la méthodologie et les technologies de l’intensification des procédés soient encore plus répandues qu’elles ne le sont aujourd’hui. Il faut en effet prouver que la maturité et la compétitivité économique de ces nouvelles technologies sont comparables avec celles des technologies conventionnelles. Toutefois il existe de nombreux exemples récents qui montrent que les technologies d’intensification des procédés sont en plein développement et constituent une voie d’avenir pour des procédés durables. Ainsi avec l’utilisation de microréacteurs on voit se profiler pour l’usine du futur la notion de « l’usine dans une boîte à chaussures » pour la production de plusieurs dizaines de tonnes/heure de polymères ou de « l’usine dans un containeur de bananes » pour des productions flexibles et modulaires de plusieurs centaines de tonnes/an de produits de spécialités.

Vision de l’usine du futur utilisant les technologies d’intensification des procédés, à comparer avec une usine actuelle

Par ailleurs l’intensification des procédés est totalement reconnue dans les appels d’offres actuels de la Commission Européenne concernant l’usine du futur: les appels F3 FACTORY et Horizon 2020 montrent clairement que la politique des financements européens est « d’exploiter le potentiel complet des technologies microprocédés » pour la réalisation de nouveaux concepts d’intensification de procédés et d’usines afin d’accélérer la pénétration des marchés, d’accroître la durée de vie des produits et d’améliorer et d’amplifier une production durable.
Ces voies d’avenir devront encore plus orienter les formations et recherches universitaires en génie des procédés et ce, en étroite collaboration avec les chimistes et biologistes, afin que la méthodologie et les technologies de l’intensification des procédés soient encore plus répandues qu’elles ne le sont aujourd’hui (à l’ENSIC, l’ENSIACET et l’ESCPE Lyon) pour la conception de l’usine du futur dans les industries chimiques et connexes.

Par Jean-Claude Charpentier
Professeur et Directeur de Recherche Emérite du CNRS – Ancien Directeur de l’ENSIC et de l’ESCPE Lyon et du Département Sciences pour l’Ingénieur du CNRS – Ancien Président de la Fédération Européenne de Génie Chimique – Laboratoire Réactions et Génie des Procédés CNRS/ENSIC/Université de Lorraine