Technologies clés 2010

TECHNOLOGIES CLÉS 2010 (novembre 2006)

Matériaux – chimie

22. Microtechnologies pour l'intensification des procédés

Description

L'intensification des procédés consiste, via le développement de techniques et d'appareils adaptés, à réduire de manière importante la taille des unités en rapport avec leurs volumes de production, leur consommation énergétique ... L'intensification des procédés concerne l'ensemble de la chaîne de production : stockage, réaction, séparation, isolement et analyse des produits, séchage, mise en forme ...

L'utilisation de microsystèmes est l'une des grandes voies technologiques qui permet d'atteindre cette intensification des procédés. Là encore, toutes les étapes du process sont concernées ; microréacteurs, mais également, micromélangeurs, microéchangeurs, ... Dans ce domaine, l'évolution des microtechnologies ouvre des perspectives nouvelles. On sait désormais fabriquer, à l'échelle du micron, des composants parfaitement structurés dans différents matériaux compatibles avec une production chimique.

L'intensification des procédés promet d'abord le développement de procédés plus sûrs, plus efficaces (énergie ...) et moins coûteux. Parallèlement, le meilleur contrôle des conditions opératoires fait espérer une amélioration significative de la qualité des produits : carburants plus performants, médicaments plus efficaces (l'augmentation de la sélectivité des réactions chimiques est ici un enjeu clé), matériaux mieux adaptés à leur usage ...

Malgré les évolutions récentes des techniques de microfabrication, des améliorations restent nécessaires, en particulier sur la nature des matériaux employés. Parallèlement, l'intensification des procédés se fera grâce au développement des techniques de modélisation et de conception assistée par ordinateur des procédés. Enfin, la compréhension et la maîtrise des mécanismes physico-chimiques mis en jeux à cette échelle sont nécessaires.

Degré de développement :
Emergence	Croissance	Maturité

Enjeux, Impact

Deux enjeux essentiels sont concernés par le développement de l'intensification des procédés :

la compétitivité de l'industrie chimique : la démarche d'intensification des procédés a d'abord été engagée dans ce sens. Elle permet une meilleure occupation de l'espace, des coûts de production réduits (gain de temps ...) mais surtout une diminution de l'intensité capitalistique des procédés. Cette logique a conduit aux premières expérimentations dès la fin des années 1970 ;
le développement durable : l'intensification des procédés s'inscrit dans le cadre de la chimie durable. De ce point de vue, l'impact le plus immédiat concerne la sécurité des installations industrielles. Les microsystèmes chimiques sont, pour l'instant, essentiellement mis en œuvre pour conduire des réactions dangereuses. À plus long terme, les impacts de l'intensification de procédés répondront aux grands enjeux environnementaux : maîtrise des consommations énergétiques, préservation des ressources naturelles.

Marché

Le marché principal de ces technologies est celui de l'industrie chimique. Des industries connexes (amont et aval) sont également concernées, en priorité le raffinage, la pharmacie, les cosmétiques, les biotechnologies et l'environnement.

Le marché des microéquipements reste encore modeste, et serait compris entre 30 et 35 M€ en 2004. Il pourrait atteindre, selon certains analystes, 100 M€ d'ici à 2010.

Degré de diffusion de la technologie :
Naissance	Diffusion	Généralisation

Domaines d'application :
industrie pharmaceutique ; fabrication de savons, de parfums et de produits d'entretien ; chimie, caoutchouc, plastiques ; production de combustibles et de carburants.

Acteurs

Disciplines scientifiques : chimie physique, chimie analytique, chimie moléculaire, chimie du solide, matériaux, optique, physique des milieux dilués, énergétique, mécanique des fluides, génie des procédés, mécanique, génie des matériaux, automatique, traitement du signal, électronique, photonique, optronique.

Compétences technologiques : optique, analyse, mesure et contrôle, chimie organique, chimie macromoléculaire, chimie de base, traitements surface, matériaux - métallurgie, biotechnologies, moteurs - pompes - turbines, procédés thermiques, composants mécaniques

Pôles de compétitivité : Chimie-environnement Lyon (Rhône-Alpes)

L'intensification des procédés est identifiée par le pôle de compétitivité à vocation mondiale « chimie-environnement Lyon Rhône-Alpes » (Axelera) comme un des enjeux de ses travaux sur l'axe technologique « procédés ».

Liens avec technologies : techniques de criblage et de synthèse à haut débit, Ppocédés catalytiques, biotechnologies industrielles, micro et nanocomposants.

Principaux acteurs français

Centres de compétences : CEA-Leti, Ineris, LAAS (Toulouse), LSGC (Nancy).

Industriels : Rhodia, STMicroelectronics, Tronic's ...

Le laboratoire des sciences du génie chimique de Nancy (CNRS-INPL) coordonne le projet européen de recherche Impulse (www.impulse-project.net/) sur le thème de l'intensification des procédés.

Exemples d'acteurs dans le monde : Bayer (Allemagne), Boerhinger Ingelheim (Allemagne), Corning (États-Unis), DEegussa (Allemagne), Merck KGaA (Allemagne), Siemens Axiva (Allemagne) ...

La plate-forme technologique européenne SusChem (www.suschem.org), établie par les représentants européens des industries chimiques (Cefic) et des bio-industries (Europabio) identifie l'intensification des procédés comme l'une des principales voies de son axe technologique « conception des réactions et des procédés ».

Commentaires

Aujourd'hui, l'industrie française semble en retrait dans ce domaine, alors que des équipes de recherche sont motrices, notamment dans la conduite de projets de R&D européens (Projet Impulse du 6^e PCRDT), en partenariats avec des industriels étrangers (Degussa, Siemens Axiva, notamment). Des initiatives telles que le projet Impulse, ou le choix de l'intensification des procédés comme un des axes de travail du pôle Axelera, témoignent cependant d'un potentiel scientifique, technique et industriel sur le sujet.