Bilans de Population appliqués au Génie des Procédés : Principes de base & applications typiques en Génie des Procédés

Durant ce tutoriel, nous aborderons les grands principes régissant les bilans de population et leur résolution suivant différentes approches courantes en Génie des Procédés. Des applications concrètes seront présentées en lien avec les procédés liquide-liquide (polymérisation, extraction liquide-liquide), gaz-liquide (colonnes à bulles), et liquide-solide (agrégation/rupture et biotechnologies). Ces exemples illustreront notamment la problématique du couplage avec l’hydrodynamique et les différentes échelles de résolution possibles.

Vous trouvez le second principe indéchiffrable ? laissez-nous vous convaincre du contraire et venez l’appliquer aux procédés

Dans l’esprit de bien des ingénieurs, le second principe de la thermodynamique, l’entropie et l’exergie sont des notions abstraites détachées de réalité pragmatique. Nous souhaitons profiter du deux centième anniversaire de la parution de l’ouvrage fondateur de Sadi Carnot « Réflexions sur la puissance motrice du feu » pour convaincre notre auditoire du contraire.
A travers ce tutoriel, nous proposons de parler du second principe simplement, en mettant l’accent sur des interprétations qualitatives. Nous montrerons qu’une fois posées les bases de ce principe, l’établissement des bilans d’entropie et d’exergie est immédiat et que leur application permet de réaliser un diagnostic énergétique des procédés.

Enfin, nous insisterons sur des applications concrètes de l’analyse entropique, ou exergétique, de procédés et d’équipements industriels permettant d’évaluer le degré de perfection thermodynamique d’un système.

Ateliers interactifs autour des stratégies et leviers de la décarbonation

L’atelier amène à la découverte du projet  DécarboChim et invite à se plonger dans l’univers de la décarbonation de l’industrie. Au travers d’ateliers interactifs, les participants seront invités à interagir entre eux pour participer à la transformation des enseignements du supérieur et décrocher le statut de DécarbonActeur.

Transformation d’un site industriel fossile de production de carburants classiques à partir de pétrole en plateforme « zéro pétrole »

Au cours de ce tutoriel, seront abordées :

1. La présentation du site industriel lorsqu’il fonctionnait en mode fossile (approvisionnement, produits fabriqués, logistique)
2. Les raisons pour lesquelles on a décidé de le transformer en plateforme « zéro pétrole » avec sa reconversion vers le recyclage de matières plastiques et la production de carburant aérien durable.
3. Un zoom sur la technologie de production de carburant aérien durable et comment on a réutilisé nos unités existantes fossiles vers ces nouvelles énergies.
   a. Les charges disponibles
   b. Les différentes étapes du traitement
   c. Le bilan carbone global et la comparaison avec le carburant aviation fossile

Echantillonnage des milieux divisés : Poudres, Emulsions, Suspensions
Théorie, Pratique et Etude de cas industriels

Généralités

L’échantillonnage des milieux dispersés hétérogènes, tels que les poudres, les émulsions ou les suspensions, constitue le prérequis indispensable à leur caractérisation et à la maîtrise de leurs procédés de mise en œuvre et de mise en forme. Comment réaliser un échantillonnage correct et quelle quantité prélever pour obtenir un échantillon représentatif d’une certaine propriété du lot à l’incertitude près ? Comment estimer l’incertitude ou l’erreur fondamentale de l’échantillonnage ? Les fondements de cette discipline sont bien établis depuis les travaux pionniers de Pierre Gy dans les années cinquante, qui font encore référence en la matière. Cependant, outre la méconnaissance de la théorie, dans la réalité, de nombreux autres facteurs d’ordre pratique (matériel, coût, accessibilité, quantité, etc.) font obstacle à un échantillonnage correct et représentatif. Connaitre les différentes sources d’erreur est donc indispensable pour, sinon les éradiquer, tout au moins réduire et limiter leur impact.

Par ailleurs, l’apparition des outils et des méthodes numériques de modélisation/simulation des milieux particulaires (plus spécifiquement la Méthode des Eléments Discrets, ou DEM) constitue un véritable progrès, permettant de repousser les limites d’application de la théorie dans ce domaine. Dans ce contexte, la DEM s’avère de plus en plus un outil indispensable pour compléter ou valider la théorie.

L’objectif de ce tutoriel est de rappeler, de manière simple et pédagogique, la théorie et la pratique de l’échantillonnage : hétérogénéités, sources d’erreur, équipements et matériels, protocoles de prélèvement et de réduction de masse, règles d’or, etc. Un cas d’étude industriel (voir le résumé ci-dessous) sera présenté, afin d’illustrer la méthodologie d’application de la théorie aux cas pratiques, et d’en mesurer les difficultés et les limites. Enfin, quelques résultats issus des projets collaboratifs de recherche (UTC-Framatome) seront présentés pour confirmer l’apport de la simulation numérique par DEM, dans l’objectif d’améliorer l’échantillonnage sur une ligne industrielle.

Etude de cas : Application industrielle de la théorie de l’échantillonnage

Le Zr métallique de haute pureté, qui sert de matière première aux composants de l’assemblage de combustible nucléaire, est produit par le procédé Kroll suivi d’une étape de purification sous vide. Le matériau métallique obtenu est appelé « pile d’éponge de Zr », en référence à son taux de porosité important, et est constitué de Zr pur à plus de 99% avec quelques éléments résiduels à l’état de traces (Fe, Cr, O, Cl). Afin d’être utilisée comme matière première dans les alliages de Zr, cette pile d’éponge doit être broyée en fragments qualifiés de « grains d’éponge ». Un échantillonnage de ces grains, pour analyse chimique, est effectué, puis le reste de la production est conditionné en lot de plusieurs tonnes.

L’analyse de ces lots est d’une importance capitale puisqu’elle conditionne le calcul de charge et donc la composition chimique des alliages élaborés. Afin de conférer à cette analyse une représentativité optimale, une attention particulière est portée à l’échantillonnage. En effet, un lot de solides divisés tel que les grains d’éponge de Zr présente une hétérogénéité de composition et de constitution en éléments traces, ainsi qu’une forte variabilité de taille et de masse volumique apparente de particule. De ce fait, plusieurs erreurs d’échantillonnage peuvent apparaitre et se cumuler lors des prélèvements.

L’objectif de cette étude de cas est d’illustrer comment la théorie de l’échantillonnage, et notamment la loi de Gy, peut apporter des indications pour réduire et maitriser ces biais. L’accent est mis sur la méthodologie d’évaluation de l’invariant d’hétérogénéité d’un lot permettant de caractériser l’hétérogénéité de ce dernier, ainsi que d’en présenter un cas d’utilisation sur l’exemple industriel de la teneur en Cr dans un lot d’éponge de Zr.