Environnement

La Fabrication Additive au service de l’environnement ?

La Fabrication Additive (FA) a clairement pris une ampleur depuis quelques années dans les applications de pointe comme celles de l’aérospatiale, l’automobile et la santé. Mais qu’en est-il des autres secteurs d’activités, notamment des secteurs liés à l’environnement, et plus particulièrement au génie des procédés et de l’environnement ?

Le génie chimique, ou génie des procédés,  a pour but la transformation de la matière première en produit fonctionnel dans un cadre industriel et consiste en la conception, le dimensionnement et le fonctionnement d’un procédé comportant une ou plusieurs transformations chimiques et/ou physiques. Il s’applique ainsi à des problématiques environnementaux et sociétaux majeurs, comme  l’augmentation de l’efficacité énergétiques des procédés, la transformation de la biomasse (bioéthanol), le réchauffement climatique par la capture le stockage et la valorisation du CO2, etc…. Malgré que les études publiées dans ce domaine en lien avec la FA sont rares, le nombre d’articles est en constante augmentation et concernent principalement le domaine de la réaction, de la séparation et de la catalyse hétérogène, disciplines aux cœur du génie chimique. La FA permet de mettre en œuvre des technologies innovantes et de réinventer ces opérations unitaires.

Voici deux exemples où la Fabrication Additive est au service de l’environnement (projets développés au Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse) :

La distillation :

Prenons l’exemple de la distillation :  la distillation reste l’une des plus importantes méthodes de séparations thermiques dans l’industrie des procédés chimiques mais l’inconvénient majeur d’un tel procédé est les besoins énergétiques importants (environ 3% de la demande énergétique mondiale ! sic !). Afin d’augmenter l’efficacité énergétique de ces colonnes plusieurs variantes ont été proposées, dont les colonnes avec couplage thermique interne (Heat-Integrated Distillation Column). Le principe des colonnes HIDiC est largement documenté et des exemples publiés dans la littérature montrent le gain attendu sur des mélanges tests (entre 30 et 81% selon les cas). Le frein au déploiement de cette approche est un verrou technologique de mise en œuvre d’une colonne HIDiC qui conjugue haute intégration énergétique et efficacité de séparation. La FA métal a permis de lever ce verrou par la mise en œuvre de structures lattices métalliques innovantes à base de fil, qui ont prouvé leur efficacité comme promoteur de transfert thermique et comme contacteur Gaz/Liquide. Cette structure permet une réduction de l’ordre 20% de la consommation énergétique des colonnes à distiller dans le secteur de la production de bio éthanol.

Photo de l’interne de colonne innovant à base de fil,  pour la production de bioéthanol (réalisation par FA métal type SLM, matériaux Inox 316L, 10 blocs de diamètre 150mm hauteur 100 mm)

L’hydrogénation :

L’hydrogénation d’un fluide bio-sourcé, l’alpha-pinène, et celle d’une d’huile végétale, l’huile de tournesol, riche en acides gras insaturés, est ici réalisé dans un réacteur intensifié original fabriqué par FA : un réacteur-échangeur de type monolithe à canaux parallèles millimétriques; certains canaux accueilleront les fluides réactifs et d’autres un fluide dédié au refroidissement de l’appareil. Idéalement la structure du monolithe sera faite d’un matériau à forte conductivité thermique (métal, carbure de silicium). Ce nouveau type de réacteur polyphasique offrira de multiples avantages : réduction des résistances aux transferts (particulièrement en écoulement poches- bouchons), ce qui est crucial pour les réactions exothermiques rapides ; adaptation aux pression et température élevées ; faible dispersion axiale conduisant à une meilleure conversion chimique; peu de perte de charge ; bonne sécurité du procédé (la coupure de l’alimentation en réactifs conduisant à un drainage immédiat du liquide).

Dessin et photo  d’un bloc monolithe (réalisation par FA métal type SLM en AlSiMg), longueur 20cm, diamètre des canaux 2mm

Dessin et photo  d’un bloc monolithe (réalisation par FA métal type SLM en AlSiMg), longueur 20cm, diamètre des canaux 2mm

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