Mots clefs : Procédés, Membranes, Intensification, Optimisation
Les recherches menées visent à la conception, l’étude et la conduite optimale de nouveaux procédés impliquant les réacteurs intensifiés et systèmes microstructurés, les procédés membranaires, les contacteurs gaz/liquide et les procédés supercritiques. Elles reposent sur une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu et de leurs couplages (équilibres thermodynamiques, réactions, transferts de matière et de chaleur, écoulements, physico-chimie). L’étude et la mise au point de procédés couplés ou de procédés hybrides multifonctionnels sont ainsi considérées comme fondamentales dans un souci d'efficacité technique et énergétique. L'intensification, définie comme l'ensemble des technologies et méthodes permettant d'augmenter la productivité volumique, et l'architecture des procédés, vue comme l'organisation spatiale et temporelle des opérations unitaires, constituent les bases de la démarche scientifique de l'axe.
Les recherches associent des études expérimentales sur des pilotes à différentes échelles (micro et mini-réacteurs intensifiés et systèmes microstructurés, réacteurs catalytiques, réacteurs de polymérisation, contacteurs gaz-liquide et liquide-liquide, modules membranaires, procédés supercritiques d'extraction), des déterminations paramétriques spécifiques, et des études de simulation numérique incluant fréquemment la mécanique des fluides numérique : écoulements réactifs dans les mini-réacteurs, procédés membranaires permanents ou cycliques de séparation gazeuse, transfert de matière et de chaleur dans les vêtements, les évaporateurs. Outre la simulation des procédés effectués pour elle-même et pour valider les résultats expérimentaux provenant de différents pilotes, les modèles validés permettent de trouver les conditions optimales de leur fonctionnement.
Au sein de l’axe, nos compétences sont valorisées dans notre participation à des projets collaboratifs tels que « Acryliques Verts » (Région Lorraine, Arkema) et « Valorco » (ADEME, Arcelor Mittal, Air Liquide, IFPEN). Enfin les nombreuses collaborations établies au cours du temps sont à l’origine de la mise en place de Laboratoires Communs avec Air Liquide et EDF.
Nous pouvons citer deux faits marquants :
1. Dans le cadre de l’ANR EnergyCapt (2011-15) sur le captage du CO2 (Programme Efficacité énergétique et réduction des émissions de CO2 dans les systèmes industriels), les travaux ont conduit à la conception (LRGP) et l’élaboration (LLT, Polymem, ICARE) d’un pilote industriel intégrant un contacteur membranaire gaz-liquide comme système de captage qui a effectivement été associé à une chaudière à gaz industrielle sur le site de la CPCU à St-Ouen. Si beaucoup de projets collaboratifs sur le captage du CO2 ont été menés depuis 15 ans, à notre connaissance, le déploiement d’un pilote de captage sur site industriel est extrêmement rare. Cette réalisation a reçu un prix de l’innovation en 2015.
2. MEMSIC™. Dans le cadre de sa méthologie de recherche, l’axe PRIMO développe des logiciels de simulations multiconstituant dont l’objectif est de prédire les performances (pureté, productivité) et d'évaluer l’intérêt (OPEX, CAPEX) relatif d’un procédé de séparation membranaire par rapport à d’autres alternatives, en fonction de différents paramètres opératoires (pressions, surface développée, type de membrane). Compte tenu de l’intérêt marqué de plusieurs industriels et de l’absence de logiciels commerciaux, une version pouvant être intégrée dans les logiciels commerciaux de CPAO (ASPEN, ProII) a été développée et mise sur le marché.