Étudiants, intéressez-vous au génie des procédés

2018-03-06T08:05:36Z

En France, un grand nombre d'organismes de formation collaborent avec l'industrie. Shutterstock

Vous lisez ce texte sur un smartphone ou un ordinateur, mais savez-vous comment sont produits les matériaux qui constituent ces appareils ?

Notre mode de vie nous a habitués à être entourés d'objets de toute sorte, élaborés à partir de papier, de plastique, de tissu, de métal, de verre… Nous considérons normal qu'il sorte de l'eau potable du robinet et que les carburants qui nous chauffent ou permettent de nous déplacer soient à portée de main.

Même chose pour les médicaments ou les produits de beauté : ils sont généralement constitués d'un mélange sophistiqué de produits dont nous n'avons, au mieux, qu'une vague idée. Même les aliments que nous avons plaisir à savourer ont souvent été travaillés pour que leur aspect ou leur usage soit rendu plus faciles et adaptés à nos attentes.

Une planète aux ressources comptées

L'accès à tous ces biens pourrait cependant se compliquer à l'avenir en raison de multiples défis : finitude des ressources, pollutions qui perturbent les équilibres planétaires et locaux ou encore émergence de nouvelles maladies liées à la pauvreté et au vieillissement…

Face à ces défis, comment permettre un « développement durable » où tous pourront trouver leur place sur une planète aux ressources comptées ?

Nombre d'innovations, s'appuyant notamment sur les énergies renouvelables, existent déjà, à l'image du projet Solar Impulse, ce prototype d'avion alimenté grâce à l'énergie solaire. Il y a aussi le développement de matériaux de construction qui rendent les habitations du futur productrices plutôt que consommatrices d'énergie ; l'utilisation de la biomasse ou encore des déchets de toute sorte pour comme matière première riche en molécules à haute valeur ajoutée, comme base pour diverses applications (dans les domaines de l'énergie, de la chimie ou de la pharmacie).

Le génie des procédés

Dans ce nouveau contexte, le génie des procédés (aussi appelé génie chimique) a une carte à jouer.

Cette science de l'ingénieur a pour vocation de transformer la matière afin de lui donner les qualités requises en vue de son utilisation. Au début du XX^e siècle, elle portait le nom de « chimie industrielle », soulignant le recours à la chimie pour fabriquer des produits à usage courant (détergents, carburants, colorants…).

Depuis, elle a débordé le contexte de la seule chimie pour mettre en application des concepts issus de la physique, de la biologie, des mathématiques, voire même des sciences de l'organisation ou de l'environnement. Elle permet aujourd'hui de transformer des matières premières en produits innovants, voire directement en services en optimisant les flux de matière et d'énergie.

Si la majorité de nos concitoyens associent cette discipline à des usines qui détruisent les paysages, polluent l'air et l'eau et risquent d'exploser (on peut penser par exemple au drame de l'usine AZF à Toulouse), avec la mise en place d'une réglementation plus stricte, la situation a évolué. Les nouvelles unités de transformation se font ainsi plus discrètes (par la miniaturisation), plus propres (les émissions sont contrôlées) et plus sûres (par la maintenance et la mise en place de bonnes pratiques).

Aujourd'hui, les biocarburants de troisième génération sont, par exemple, produit dans des bassins où des micro-algues emmagasinent directement l'énergie solaire pour transformer le gaz carbonique en huiles qui permettront de faire fonctionner des moteurs à combustion. On remplace alors une matière première non durable (le pétrole) par le soleil tout en utilisant des produits naturels (les algues) comme réacteur innovant.

Production et bioraffinage de microalgues. Algosolis

Trois axes de développement

Le génie des procédés est devenu une discipline indispensable pour accompagner les transformations majeures des modes de vie ; dans les années à venir, ses efforts devront se concentrer sur trois axes.

Tout d'abord, une recherche de matières premières compatible avec le développement durable. On parle ici d'économie circulaire : l'utilisation des déchets pour créer du neuf est la voie à privilégier, permettant à terme un recyclage intégral de toutes les matières utilisées. Pensons simplement à la richesse en métaux lourds que représentent nos déchets informatiques. Plutôt que de les extraire dans des mines à l'autre bout du monde, le bon sens serait de les récupérer dans nos déchets.

Ensuite, l'optimisation et la sécurisation des procédés de fabrication eux-mêmes. L'optimisation implique de minimiser les apports en matière première et en énergie afin d'améliorer la sobriété globale du procédé et éviter ainsi les pertes, comme dans les procédés de cogénération où la chaleur perdue est récupérée pour un autre besoin.

On peut évoquer ici l'utilisation de l'impression 3D qui va permettre de réaliser des unités innovantes, optimisées, impossibles à construire autrement. La sécurisation implique d'éviter les situations dangereuses, tant du point de vue de la toxicité (pollution) que des accidents.

La réduction de l'utilisation de solvants ou leur substitution par des produits d'origine naturelle sont des pistes pour éviter des rejets non désirés. Anticiper les accidents pour les éviter devient de plus en plus réaliste grâce au suivi du comportement des équipements à l'aide de capteurs de plus en plus nombreux et de modèles mathématiques adaptés.

Enfin, le génie des procédés devra activement contribuer à proposer des matériaux inédits permettant de nouveaux services (ou, pour les mêmes services, remplacer les anciens matériaux par d'autres plus adaptés aux nouvelles exigences du développement durable). On pense par exemple aux vêtements qui s'adaptent aux conditions climatiques ou à des écrans souples.

Pour une nouvelle industrialisation

S'engager dans le génie des procédés implique une vision très large des besoins de la société, et en même temps très pointue des techniques existantes. Elle ouvre à des diplômes de différents types, qui vont du brevet professionnel ou de technicien supérieur à ingénieur ou docteur. Dans tous les cas, il faudra des personnes qui sachent innover grâce à une ouverture à la pluridisciplinarité et, par exemple, savoir utiliser les nouvelles technologies du digital pour répondre plus rapidement aux nouveaux défis évoqués plus haut.

La France offre un grand panel d'organismes de formation (universités, écoles d'ingénieur) qui collaborent étroitement avec l'industrie (par l'apprentissage ou bourses de doctorat de type Cifre).

Si l'on constate une désindustrialisation de nos sociétés, la demande en biens de consommation continue, elle, de croître. Les efforts de production ont lieu dans des pays où les normes en matière de protection des personnes et de l'environnement sont beaucoup moins contraignantes.

Cette situation ne peut durer : d'une part parce que nous avons une responsabilité vis-à-vis de l'ensemble de la planète et d'autre part parce qu'économiquement, nous ne pouvons pas vivre uniquement d'importations.

La France et l'Europe possèdent les ressources pour inverser cette tendance. Le génie des procédés offre une méthodologie originale pour développer des procédés plus efficients en favorisant l'émergence de nouveaux matériaux, l'utilisation de ressources renouvelables, le développement des biotechnologies, la valorisation des déchets et, d'une manière générale, l'économie circulaire. Reste à ce que les jeunes générations s'en saisissent !

Jean-Charles de Hemptinne est titulaire de la chaire « Thermodynamique pour les carburants issus de la biomasse » de la Fondation Tuck.

Innovation Pédagogique et transition

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