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Une solution logicielle pour une conception performante de réacteurs chimiques

Un logiciel capable de calculer avec précision les taux de réaction chimique a vu le jour. Cela pourrait aider de nombreuses industries à parvenir à une meilleure efficacité de traitement et à un meilleur rendement de leurs produits.

Recherche fondamentale

La cinétique des réactions chimiques: la vitesse à laquelle les substances sont converties d’un état à un autre, constitue un domaine fondamental de la chimie. Comprendre la cinétique chimique est crucial, notamment pour la conception des réacteurs dans lesquels ces conversions chimiques se produisent. «Le convertisseur catalytique des gaz d’échappement est une des applications courantes de la cinétique chimique», explique Joris Thybaut, coordinateur du projet SERENiTi et professeur d’ingénierie des réactions catalytiques à l’Université de Gand, en Belgique. «Il permet d’éliminer les composants les plus nocifs des gaz d’échappement des véhicules, en les convertissant en composants moins néfastes.» La conception de ces convertisseurs de gaz d’échappement et, plus généralement, des grands réacteurs commerciaux a tendance à reposer sur des années d’expérience pratique, plutôt que sur une compréhension plus approfondie des principes chimiques sous-jacents. Le temps et le coût nécessaires pour construire un modèle cinétique détaillé a été l’un des principaux défis pour l’industrie.

Comprendre les processus chimiques

Le projet SERENiTi a précisément été lancé dans le but de relever ce défi, grâce au développement d’un outil logiciel appelé «microKinetic Engine» (µKE). Cet outil permet aux scientifiques de développer des modèles cinétiques détaillés, afin d’évaluer avec plus de précision la vitesse des réactions chimiques. Une première version de l’outil avait été conçue lors d’un précédent projet financé par le Conseil européen de la recherche, baptisé ELR1K. Cependant, le logiciel éprouvait encore des difficultés à résoudre des ensembles d’équations pour décrire la cinétique détaillée. «Néanmoins, cette initiative nous a permis de développer une interface utilisateur graphique pour le logiciel µKE, et nous a révélé les domaines dans lesquels des développements supplémentaires étaient encore nécessaires», explique Joris Thybaut. «Dans le cadre de SERENiTi, nous avons pu relever ces défis, et nous assurer de la rapidité du logiciel.» Achevé en mars 2020, le projet a suscité l’intérêt de nombreuses sociétés. D’importants acteurs du secteur chimique, notamment, ont souhaité appliquer l’outil à leurs propres processus, afin de mieux appréhender et identifier les domaines à améliorer. «Comme je l’ai déjà mentionné, de nombreux processus chimiques sont basés sur des connaissances et des expériences pratiques», fait remarquer Joris Thybaut. «Ces apports sont inestimables, mais nous considérons que le développement d’un modèle cinétique précis est essentiel pour améliorer la conception et la mise en œuvre du processus.»

Des rendements chimiques plus élevés

Joris Thybaut est convaincu que cette innovation permettra au secteur chimique européen d’optimiser ses processus. «Des conceptions de réacteurs plus flexibles contribueront à rendre nos sociétés plus compétitives en matière de coûts», ajoute-t-il. «Une meilleure compréhension des réactions chimiques mènera à des rendements de produits plus élevés.» Il évoque le secteur européen de l’oléochimie: des produits chimiques dérivés de graisses et d’huiles, qui doit faire face à la forte concurrence des raffineries d’Asie de l’Est. Ces raffineries ont tendance à baser leurs activités sur une matière première spécifique, à savoir l’huile de palme. «Une meilleure connaissance de la cinétique des huiles de raffinage provenant de différentes sources pourrait aider nos raffineries à survivre voire à prospérer», affirme-t-il. «Même une légère augmentation des rendements peut avoir un impact significatif, étant donné les marges étroites qui sont généralement pratiquées dans le secteur chimique.» Un projet de suivi financé par le CER a été soumis et approuvé. Joris Thybaut a bon espoir que le logiciel sera finalement commercialisé et mis sous licence, et qu’il servira de base pour la création d’une société dérivée. «À la suite de ce projet de suivi, notre espoir à long terme serait de déposer des brevets dans le domaine de la conversion du pétrole brut en produits chimiques», précise-t-il. Le secteur pharmaceutique, qui fait également grand usage des procédés de conversion chimique pour développer des médicaments et des molécules, a également manifesté son intérêt. Le potentiel, ajoute Joris Thybaut, est énorme: «En fin de compte, nous sommes tous des consommateurs de produits chimiques, ou des conducteurs de voitures.»

Mots‑clés

SERENiTi, logiciel, chimie, cinétique, catalytique, ingénierie, oléochimie, pharmaceutique

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