Génie des procédés durables
Du concept à la concrétisation industrielle

Cet ouvrage propose un ensemble de méthodes et de nouvelles voies dans le domaine du génie des procédés pour mettre en place des procédés plus sûrs, plus économes en matières premières et en énergie, et plus acceptables du point de vue de la préservation de l'environnement.

Il traite de manière détaillée les différents niveaux d'approche pour rendre les procédés plus performants :

•     l'éco-conception et l'optimisation du procédé par approche systémique ;

•     l'introduction de nouvelles technologies d'intensification

•     la modification radicale du procédé en proposant de nouveaux milieux et de nouvelles voies de synthèse.

Toutes les notions abordées sont illustrées d'exemples et de réalisations industrielles, donnant un caractère très appliqué à cet ouvrage.

Ce concept de « génie des procédés durables » est développé ici de façon à donner toutes les bases nécessaires aux ingénieurs et techniciens de recherche et développement, mais aussi de production.

L'ouvrage s'adresse également aux enseignants et étudiants de 2e et 3e cycle, dans un spectre large de disciplines alliant chimie, biotechnologie et génie des procédés.

TABLE DES MATIÈRES
Avant-propos VII Introduction générale 1
A

Outils pour l'ingénierie des procédés durables
1 • Méthodologie de conception de procédés durables: une approche multicritère 19
1.1 Concept de développement durable en Génie des Procédés 19
1.2 Frontières du système 20
1.3 Conception de procédés durables 22
1.4 Conclusion 35
1.5 Bibliographie 15
2 • Stratégies d'optimisation du procédé 38
2.1 Introduction 38
2.2 Exemples d'études et types d'optimisation résultants 39
2.3 Méthodes d'optimisation 45
2.4 Conclusion 53
2.5 Bibliographie 55
3 • Représentation et modélisation des procédés 58
3.1 Introduction 58
3.2 Aspect informatique 59
3.3 Représentation des phénomènes par les graphes de liaison ou « Bond Graph» 60
3.4 Application des graphes de liaison au génie des procédés: cas des systèmes de dimension finie 65
3.5
Application des graphes de liaison au génie des procédés: cas des systèmes de
dimension infinie 77

3.6
Conclusion générale 81

3.7
Bibliographie 81

B
Technologies et méthodes innovantes d'intensification
4 • Miniaturisation des procédés 86

4.1
Introduction 86

4.2
Principes de l'intensification par miniaturisation 87

4.3
Mélangeurs, contacteurs et échangeurs miniaturisés 96

4.4
Quelques exemples d'applications industrielles 109

4.5
Conclusions et perspectives 111

4.6
Bibliographie 112

5 • Les réacteurs multifonctionnels 115

5.1
Introduction 115

5.2
Les réacteurs-échangeurs 118

5.3
Distillation réactive 128

5.4
Conclusion 145

5.5
Bibliographie 145

6 • Techniques d'activation par ultrasons et micro-ondes 150

6.1
Apport des ultrasons dans les procédés 150

6.2
L'énergie micro-ondes dans les procédés 167

6.3
Couplage entre techniques d'activation 191

6.4
Conclusion 195

6.5
Bibliographie 196

7 • Intensification par la formulation 201

7.1
Introduction 201

7.2
Concepts physico-chimiques de la formulation 201

7.3
Applications en réactivité 209

7.4
Conclusion 224

7.5
Bibliographie 225

c
Nouvelles générations de procédés
8 • Les fluides supercritiques 231

8.1
Généralités sur les fluides supercritiques 231

8.2
Le CO2, le fluide supercritique pertinent
pour le développement durable 234

8.3
Les grands domaines d'application 236

8.4
Thermodynamique des mélanges haute pression 240

8.5
Architecture générale d'un procédé supercritique 243

8.6
Conclusions et perspectives 248

8.7
Bibliographie 248

9 • Les liquides ioniques 251

9.1
Que sont les liquides ioniques? 251

9.2
Utilisation des liquides ioniques comme solvant 258

9.3
Les Liquides Ioniques à Tâches Spécifiques (LITS)

et Sels d'Onium à Tâches Spécifiques (SOTS) 263

9.4
Conclusion 273

9.5
Bibliographie 273

10 • L'eau comme solvant et réactions sans solvant 276

10.1
L'eau comme solvant 276

10.2
Les réactions sans solvant 289

10.3
Bibliographie 303

11 • Procédés électrochimiques pour un développement
durable 307

11.1
Introduction 307

11.2
Rappels d'électrochimie et de génie électrochimique 309

11.3
Électrosynthèse organique 323

11.4
Procédés électrochimiques de génération d'oxydants puissants
et de désinfection 329

11.5
Bibliographie 332

12 • Génie photocatalytique 335

12.1
Introduction 335

12.2
Historique 335

12.3
Principes Fondamentaux 336

12.4
Nature des réactions photocatalytiques 343

12.5
Applications environnementales 345

12.6
Photocatalyse en chimie fine 358

12.7
Génie photocatalytique académique 359

12.8
Conclusions et perspectives 361

12.9
Bibliographie 362

13 • Biocatalyse et Bioprocédés 365

13.1
Introduction 365

13.2
Biocatalyseurs et ingénierie de biocatalyseurs 366

13.3
Atouts de la biocatalyse pour les procédés durables 370

13.4
Ingénierie de bioprocédés 373

13.5
Technologies et mises en œuvre de bioréacteurs 376

13.6
Modélisation de bioréacteurs enzymatiques et cellulaires 380

13.7
Exemples de simulation et d'optimisation de bioprocédés 384

13.8
Bibliographie 389

14 • Apports de la catalyse à une chimie durable 390

14.1
Introduction 390

14.2
Sélectivité, économie d'atomes 391

14.3
Énergie 393

14.4
Utilisation de la biomasse comme vecteur énergétique 404

14.5
Catalyse environnementale 407

14.6
Bibliographie 409

D

Quelques voies prometteuses
15 • Structure et ingénierie du matériau cellulose 413

15.1
Introduction 413

15.2
Structure et architecture de la cellulose 414

15.3
Les enjeux de demain? Une économie basée sur la cellulose 426

15.4
Conclusion 438

15.5
Bibliographie 439

16 • Conception produit-procédé assistée par ordinateur 443

16.1
Objectifs 443

16.2
Mettre en œuvre la conception Produit-procédé 448

16.3
Être au cœur d'un laboratoire de génie des procédés,

ouvert à l'interdisciplinarité 466

16.4
Bibliographie 467

Index 471