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Chapitre II II-1- Métiers de génie des procédés Le Génie des Procédés rassemble

Chapitre II II-1- Métiers de génie des procédés Le Génie des Procédés rassemble des connaissances et des savoir-faire qui permettent la transformation industrielle des matières premières naturelles ou synthétiques en des produits élaborés par une succession d'opérations. 1. Historique du génie des procédés Le génie chimique est une science relativement récente. Le premier ouvrage didactique, "The Handbook of Chemical Engineering", a été écrit en 1901 par George E. Davis, professeur à la Manchester Technical School. Il utilise une approche « chimie industrielle », dans laquelle ingénieurs chimistes et ingénieurs mécaniciens forment équipe pour fabriquer des produits à grande échelle. En France, c'est en1938 que les professeurs J. Cathala et M. Letort définissent le génie chimique comme la science de l'ingénieur ayant pour objet de concevoir, de calculer et de faire fonctionner, à l'échelle industrielle, l'appareillage dans lequel s'effectuent des transformations physiques ou chimiques. Constatant que les opérations unitaires sont régies par des phénomènes de transport et de transfert entre phases, de matière, de chaleur et de quantité de mouvement, R. B. Bird, W. R. Stewart et E. N. Lighfoot mettent en évidence, en 1960, dans leur ouvrage "Transport Phenomena", l'intérêt du concept de cinétique physique. Dans les années 1970 l'application, à d'autres domaines, de la méthodologie mise en œuvre dans le génie chimique a provoqué la création de toute une série de génies épigones : génie agro-alimentaire, génie biochimique, génie sanitaire, etc… conduisant à une prise de conscience pendant les années 1980, que ces principes s'appliquaient à tout phénomène de transformation de la matière (et de transfert) quel que soit le domaine considéré (y compris la biologie, les milieux naturels, etc.). En France, c’est de cette généralisation que le génie des procédés est né, et dont le premier congrès national s'est tenu à Nancy en 1987, suivi en 1988 par la création d'un Groupe français du génie des procédés. 2. Qu'est-ce que le génie des procédés ? • Science du passage à l’échelle industrielle. 23 • Science des procédés dans lesquels la matière change d’état physique et/ou de nature chimique. • Ensemble des connaissances nécessaires pour la conception, la mise en œuvre et l’optimisation des procédés de transformation physico-chimiques et biologiques de la matière et l’énergie. Les procédés industriels ont pour but la transformation de la matière dans un cadre industriel qui consiste en la conception, le dimensionnement et le fonctionnement d'un procédé comportant une ou plusieurs transformations chimiques et/ou physiques. Les méthodes utilisées dans un laboratoire ne sont souvent pas adaptées à la production industrielle d'un point de vue économique et technique. Le génie chimique permet ainsi le passage d'une synthèse de laboratoire à un procédé industriel de même que son fonctionnement dans le respect des contraintes économiques, techniques, environnementales et de sécurité. Le génie chimique se situe à la convergence de plusieurs disciplines et étudie les transformations, les transports et les transferts de la matière, de l'énergie et de la quantité de mouvement pour établir des lois et des corrélations utilisables lors de la transposition ou de l'extrapolation à l'échelle industrielle. 3. Procédé industriel, génie chimique et grands domaines de la chimie industrielle Tout procédé industriel peut se ramener à une combinaison logique d’un nombre restreint d’unités d’opérations physiques telles que broyage, filtration, distillation, absorption, séchage… que l’on appelle opérations unitaires. 3.1 Les opérations unitaires : sont des opérations élémentaires individuelles mises en œuvre dans l’industrialisation d’un procédé. 3.2 Les grandes étapes d’une fabrication sont généralement les suivantes ‐ Préparation, conditionnement et acheminement des matières premières (réactifs) ; ‐ Transformation chimique des réactifs en produits ; ‐ Séparation, purification et conditionnement des produits. A. Classification des opérations unitaires en fonction des étapes de production : 24 1- Préparation et acheminement des matières premières : ‐ Broyage, classement des solides ; ‐ Transport des solides ; ‐ Déplacement des liquides ; ‐ Transport des gaz (compression, mise sous vide). 2- Transformation chimique des réactifs en produits : ‐ Homogénéisation des mélanges (agitation) ; ‐ Réaction chimique (dans un réacteur) ; ‐ Transferts de chaleur. 3- Séparation et purification des produits : ‐ Concentration, cristallisation ; ‐ Décantation ; ‐ Filtration ; ‐ Centrifugation (cas d’un mélange solide + liquide) ; ‐ Rectification (distillation) ; ‐ Extraction par solvant ; ‐ Séchage. B. Opérations continues et discontinues : 1// Opération discontinue : Une opération discontinue s’effectue en système fermé (batch process) : On opère sur un lot de réactif que l’on traite en faisant succéder chronologiquement les différentes étapes prévues. Ce type d’opération s’utilise dans les laboratoires, pour les petites fabrications et pour l’élaboration ou séparation de produits à forte valeur ajoutée. 2// Opération continue : Une opération continue s’effectue en système ouvert ou "à courants" (flow process) : 25 26 Les réactifs ("influents") sont introduits en continu dans l’appareil avec des débits déterminés. Les produits ("effluents") sont récupérés en continu, de telle sorte que l’appareil contienne toujours la même masse réactionnelle. Si les valeurs des différents paramètres (pression, température, composition…) en un point quelconque de l’appareil sont constants, on dit que le régime stationnaire (ou permanent) est atteint. Ce type d’opération s’utilise dans les productions importantes à débouchés constants. 3.2 Domaines d’application Le génie chimique ou génie des procédés s'intègre dans les domaines suivants : • Laboratoire de contrôle qualité ; • Industries chimique et parachimique ; • Industrie pharmaceutique ; • Industries pétrolière et pétrochimique ; • Ingénierie et industries d'équipement ; • Environnement : traitement de l'eau, de l'air, des déchets ; • Industrie agroalimentaire et bioindustries ; • Industrie cimentière ; • Industrie cosmétique ; • Production d’énergie • Industries diverses : métallurgie, textile, caoutchouc, verre, papier, etc. Le spécialiste en procédés est compétant pour: uploads/Industriel/ chapitre-2-metiers-de-genie-des-procedes.pdf