Identification des limitations et stratégies
Intensification des procédés - Fondamentaux et exemples d’industrialisation

La liste des challenges auxquels sont désormais confrontés tous les secteurs industriels, notamment celui de la transformation de la matière, est longue. Sans prétendre à l’exhaustivité, citons-en quelques-uns : raréfaction des ressources (matières premières, eau …) ; attente sociétale en matière de respect de l’environnement (réduction de l’empreinte carbone et des émissions de gaz à effet de serre, augmentation de la sécurité, diminution des rejets) ; exigence de maintenir la compétitivité industrielle en maîtrisant les coûts dans un contexte de concurrence internationale ; montée en puissance de sources diversifiées de matières (biomasse) et d’énergie (énergies renouvelables) ; besoin de mise sur le marché de nouveaux produits, d’origines et de disponibilités diverses (produits biosourcés), recyclables ou biodégradables (analyse de cycle de vie, ACV) ; croissance de la démographie et donc de la demande …

C’est dans ce contexte complexe et exigeant qu’est apparue la notion d’intensification des procédés, une préoccupation qui rassemble aussi bien le monde industriel que le monde académique autour de la notion de développement de technologies ou de méthodes, dites de rupture, en vue de produire de manière plus propre, plus sûre, et plus sobre en consommation d’énergie et de matière.

L’objectif de cet article est de passer en revue les fondamentaux de l’intensification des procédés, en termes de principes, d’outils et de classification des technologies et méthodes, puis quelques-unes des pistes disponibles pour identifier et dépasser les limitations inhérentes à tout procédé. En particulier, il est primordial d’effectuer un diagnostic sur la nature de la limitation intrinsèque au procédé, à savoir si elle est plutôt chimique ou plutôt physique. Selon le résultat de ce diagnostic, les stratégies d’intensification peuvent différer en faisant appel à des outils multi-échelles, d’ordre soit technologiques soit méthodologiques, parmi lesquels on trouve :

• la structuration spatiale de l’équipement (en particulier la miniaturisation) ;

• l’activation des phénomènes ou mécanismes par apport d’énergie (mécanique, thermique …) ou d’énergie non conventionnelle (ultrasons, micro-ondes, UV …) ;

• la recherche de synergie par la multifonctionnalité ou l’hybridation de technologies ;

• la mise en œuvre de modes de fonctionnement cyclique ou instationnaire des procédés.

Compte tenu de la diversité des voies possibles pour intensifier un procédé, un certain nombre d’initiatives ont été récemment lancées, notamment en Europe, en vue d’assister le concepteur dans sa tâche de sélection de la voie optimale. Elles se sont traduites notamment par la création de plateformes de démonstration industrielle et par l’apparition de méthodes visant à guider l’ingénieur dans son développement de procédé intensifié. Sont également évoqués ici les réussites, en particulier industrielles, de l’intensification des procédés, mais aussi les freins à son développement et à son passage à l’industrialisation. Cet article se termine en dressant quelques-unes des perspectives en matière d’intensification des procédés pour répondre aux enjeux industriels du futur.