Procédés propres et sûrs, vers l'atelier chimique du futur – PROPRESUR

Les industries de la chimie fine et de la pharmacie produisent des molécules à hautes valeurs ajoutées dans des ateliers discontinus composés majoritairement de réacteurs agités. Si les produits synthétisés relèvent d'une recherche avancée dans le domaine de la chimie ou de la pharmacopée, on relève que les ateliers de fabrication reposent sur des concepts très anciens vieux de près de 500 ans qui présentent en réalité de nombreux inconvénients préjudiciables non seulement à la qualité des produits synthétisés, mais aussi à la sécurité des installations et des personnes. On note actuellement une prise de conscience de plus en plus grande dans les industries de la chimie fine que les méthodes de fabrication sont en réalité peu performantes pour un coût de fonctionnement pouvant être assez élevé. Ceci est particulièrement vrai pour les produits chimiques intermédiaires, où les limitations induites par les cuves agitées de moyenne et de grande taille entraînent des pertes potentielles de produits par une faible sélectivité. De plus, les étapes d'extrapolation entre le laboratoire et l'atelier de production, en particulier pour de nouveaux produits, restent particulièrement délicates. Les durées des phases d'industrialisation et de mise sur le marché des produits et les coûts associés peuvent être particulièrement pénalisants dans un contexte de compétition économique marqué. Il existe depuis plusieurs années une alternative à l'utilisation de réacteurs discontinus, grâce au développement des procédés intensifiés et des microréacteurs. L'idée consiste à transposer les réactions dans de petits réacteurs continus intensifiés de type piston, dans lesquels on contrôle étroitement les conditions opératoires. Le premier intérêt résulte d'un meilleur contrôle des échanges thermiques, qui permettent d'éviter les emballements thermiques ou les réactions parasites thermiquement activées. Ceci offre la possibilité de travailler dans des milieux plus concentrés et de limiter les quantités de solvant à sous-traiter. Par ailleurs, le second intérêt consiste à mélanger intimement les réactifs de manière optimale sans contrainte thermique de façon à obtenir de meilleurs rendements et sélectivités. On trouve actuellement de nombreuses publications sur l'application des microréacteurs en chimie fine. Ces microsystèmes sont bien adaptés pour des applications de laboratoire pour la synthèse de petites quantités de produits pour faire des tests d'application. Cependant leur utilisation pour la production industrielle reste encore à démontrer même si on note, ça et là, quelques exemples. En effet ces microréacteurs présentent plusieurs inconvénients, parmi lesquels : * les petites dimensions des canaux internes limitent les débits à de faibles valeurs et augmentent considérablement les risques de bouchage, notamment si une phase solide est nécessaire à la réaction ou si elle peut être formée par la réaction. * la durée de vie des microréacteurs n'est pas connue et les coûts de fabrication restent très élevés. * de nombreuses publications vantent le mérite d'une extrapolation en nombre (numbering-up) pour traiter des débits industriels conséquents. Si le principe semble séduisant car on évite les problèmes de l'extrapolation d'échelle, la réalisation pratique apparaît comme beaucoup plus complexe. Par ailleurs, le coût des installations devient proportionnel au nombre des microréacteurs et on perd, de ce fait, l'avantage de la réduction des coûts par effet d'échelle. * enfin, les travaux publiés concernent essentiellement la comparaison directe des résultats obtenus réacteurs agités discontinus et en microréacteurs. Il n'existe pas de réelle méthodologie pour prévoir, a priori, le réel intérêt des microsystèmes ni comment transposer un procédé discontinu à un procédé continu. L'objectif du projet proposé vise à étudier la possibilité de remplacer les réacteurs discontinus par des réacteurs continus intensifiés qui associent des mélangeurs perform..