Apport de la fabrication additive à l’intensification des procédés

L’ intensification des procédés de transformation de la matière et de l’énergie est passée en moins de 20 ans de l’état de concept à la réalité industrielle. Telle que définie dans «  European Roadmap for Process Intensification  », l’intensification des procédés représente un ensemble de principes innovants souvent radicalement différents, dans la conception des procédés et des équipements. Les avantages significatifs concernent l'efficacité globale d’un procédé, caractérisée par une diminution des coûts opératoires et des coûts d’investissement, une réduction des rejets et une amélioration notable de la sécurité des procédés.

Depuis l’émergence du concept dans les années 1980, ces principes ont trouvé plusieurs applications dans les domaines de la pétrochimie où de la chimie fine et en particulier en chimie pharmaceutique. Au-delà des concepts théoriques permettant de mieux appréhender les phénomènes physico-chimiques mis en jeu, il est indispensable de disposer de solutions technologiques innovantes pour fabriquer les équipements intensifiés. Grâce aux nouvelles techniques de fabrication, il est possible de réaliser des équipements aux géométries et dimensions associées qui permettent une augmentation drastique des transferts de matière et de chaleur tout en offrant une compacité importante des équipements tels que réacteurs, échangeurs de chaleur, mélangeurs, séparateurs… qui sont les équipements clés des procédés industriels.

Du point de vue conceptuel, on peut imaginer et dimensionner tous types d’équipements performants. Mais la réalisation pratique, notamment l’usinage et l’assemblage des pièces constitutives, selon la nature des matériaux, peut présenter de nombreuses limitations ne permettant pas de réaliser techniquement ou économiquement des géométries complexes. S'il n’est pas possible de fabriquer un équipement compact avec une grande surface d’échange pour évacuer la chaleur dégagée par une réaction chimique, il est nécessaire d’adapter les conditions de réaction, par exemple par dilution, pour réaliser la synthèse dans le réacteur moins performant. On conçoit ainsi que les limitations d’usinage et de fabrication des équipements entraînent de fait une limitation du potentiel d’intensification de ces équipements. C’est notamment le cas de l’intensification par modification géométrique, présentée dans cet article.

Depuis une quinzaine d’années, la fabrication additive , ou impression 3D , offre de nouvelles opportunités pour la conception et la réalisation de ces équipements, en levant certains verrous propres aux méthodes...