Le laboratoire bénéficie de leur soutien
Le projet ASPI est principalement motivé par le développement d'une ingénierie système à valeur ajoutée concernant la problématique de contrôle des procédés chimiques intensifiés. Ces problématiques vont de la conception du système de conduite à sa supervision avec un accent particulier sur les fonctions fondamentales concernant le diagnostic, le pronostic ainsi que la maintenance prédictive. La supervision sera élaborée à partir des meilleurs résultats disponibles sur le diagnostic et l'identification des défauts, la synthèse de l'observateur, l'identification du système, le contrôle tolérant aux défauts et les procédures efficaces de traitement du signal. Ces méthodologies permettront de décharger l'homme d'une partie de la surveillance du procédé tout en augmentant la sécurité opérationnelle. Pour cela, il faudra anticiper et corriger les éventuelles dérives ou dysfonctionnements pouvant conduire à des situations accidentelles.
https://anr.fr/Project-ANR-19-CE10-0007
Publications liées à l'ANR ASPI
Les relations entre la structure des composés chimiques (réactifs ou produits) et leur réactivité (cinétique et thermodynamique) est un domaine de recherche qui implique la thermodynamique, la cinétique, la chimie organique et le génie chimique. Ce projet est mené par des spécialistes allemands et français. Le concept de relations d'énergie libre linéaires (LFER), incluant l'équation de Taft, est un outil puissant de structure-réactivité qui tient compte des effets stériques, polaires et de résonance sur une série de réactions chimiques. L'équation de Taft montre qu'il existe une relation entre la structure des réactifs (c'est-à-dire le substituant proche du centre réactionnel) et leurs réactivités au sein d'une série de réactions. Il est intéressant d'appliquer cela aux réactions chimiques (p. ex. l'estérification), et les paramètres développés sont supposés être indépendants de la réaction. Toutefois, des concentrations plutôt que des activités thermodynamiques ont été utilisées, ce qui limite la validité des relations au solvant utilisé pour les réactions. Ainsi, la généralisation des concepts de LFER à un grand nombre de solvants ou de mélanges de solvants et même à des systèmes de réactions multiphasiques exige des profils cinétiques intrinsèques en l'absence de gradients de concentration et de température, exprimés en termes d'activités thermodynamiques. Ce point sera développé dans le cadre de ce projet.
La méthode Taft remaniée sera principalement appliquée à trois systèmes de réaction chimique qui impliquent des molécules plateformes dérivées de la lignocellulose : 1) solvolyse du glucose en ester lévulinique en utilisant différents alcools solvants, 2) estérification-hydrolyse de acide lévulinique-lévulinate correspondant et 3) hydrogénation de l'acide ou de l’ester lévulinique en gamma-valérolactone par H2 et catalyseur solide. Pour ces systèmes, nous allons varier les réactifs, c'est-à-dire différents alcools pour 1) et 2), et différents esters de lévulinate pour 3). Le système 2) prouvera la validité du concept de LFER pour la catalyse enzymatique. L'objectif est d'utiliser la méthode remaniée pour étudier et prédire l'effet de substitution -R dans le réactif et l'effet du solvant sur les profils cinétiques.
L'atteinte de cet objectif nécessite différentes expertises de recherche. L'utilisation des technologies microfluidiques permettra de réaliser des expériences cinétiques en évitant les limites de transport. Les activités des réactifs et des produits seront prédites sur la base des profils cinétiques expérimentaux et de l'équation d'état 'ePC-SAFT'. Cela permettra à terme de prédire les propriétés de la réaction (enthalpies standard, énergies de Gibbs standard) ainsi que les constantes cinétiques intrinsèques de la réaction basées sur l'activité. De plus, ePC SAFT sera utilisé pour prédire le comportement de phase requis des systèmes réactionnels (par exemple la solubilité de H2 dans le milieu réactionnel) ; toutes les prédictions (comportement de phase et caractéristiques de réaction) seront validées par des expériences.
L'association des deux méthodes -LFER et ePC-SAFT- permettra une nouvelle compréhension significative et une nouvelle dimension dans la conception de synthèses chimiques.
Publications du projet
Image Description
L'objectif principal d' est de développer des technologies innovantes dans le domaine des stratégies de production d'énergie verte, des matériaux de détection pour une application dans la surveillance de la santé structurelle des infrastructures énergétiques et d'améliorer les outils de gestion pour l'atténuation de l'impact environnemental. L'idée d'un projet transversal maximise son impact et fournit un travail collaboratif intégré (avec de multiples parties prenantes et de multiples expertises) dans tous les secteurs liés aux énergies renouvelables, compte tenu des contributions de la base de production d'énergie verte à la surveillance des risques des infrastructures. Ainsi, les principales Lignes de Recherche (RL) abordées dans ce projet sont :
RL01 – Production d'Hydrogène par Cellule d'Électrolyse Microbienne
RL02 – Conversion thermochimique de la biomasse et analyse du cycle de vie
RL03 – Développement de ciment nano-modifié et de composites à base de terre pour la surveillance de la santé structurelle des infrastructures énergétiques.
Image Description
Les informations obtenues par calorimétrie réactionnelle permettent de développer des modèles cinétiques robustes ainsi que de pouvoir évaluer le risque thermique. Cette compétence forte du LSPC permet de développer des approches innovantes sur les 3 thèmes du laboratoire (Sécurité, intensification et Valorisation de la biomasse).
Ainsi nous pouvons prédire la quantité de chaleur libérée dans des systèmes multiphasiques et en présence de plusieurs réactions. Malheureusement, les démarches d’évaluation des risques liés aux procédés chimiques sont souvent limitées par un manque d’information quant à l’état physique et à la composition du milieu réactionnel. Afin de conforter et renforcer notre leadership dans ce domaine, il est indispensable que nous puissions travailler à la frontière des connaissances, à savoir explorer le mode adiabatique sous pression pour des systèmes chimiques corrosifs et accéder de manière fine à l’évolution des compositions de ces milieux en temps réels.
Ce projet d'investissement de 1,3 millions d'euros a permis au LSPC de se doter d'outils de pointe : Calorimètre intégrant une sonde raman in situ, Calorimètre adiabatique VSP2, Banc de réacteurs, Analyseur de réseau vectoriel.
.