PSI : Aide à la conception innovante des procédés

Pérenniser des méthodes et des outils pour un transfert vers l’industrie

La gestion de l’innovation technologique s’attache à développer des méthodes et des outils pour concevoir des procédés durables. La conception innovante met en oeuvre une ingénierie des modèles et une gestion de la connaissance au travers d’outils web-collaboratifs par exemple. Elle s’appuie sur des méthodes TRIZ [1] ou raisonnement à partir de cas, ou développe des méthodes génériques, telles que la formulation inverse de produits et de procédés et l’analyse combinée pinch-exergie. Elle favorise le développement accéléré de nouveaux produits et procédés et traite des problématiques de recyclage.

Efficacité énergétique des sites industriels : vers une gestion intégrée de l’energie et de la production

Durant les sept dernières années, le département PSI a concentré ses efforts sur la mise en oeuvre de méthodes génériques visant à optimiser l’efficacité énergétique des sites industriels et à développer des outils logiciels associés. Ces méthodes concernent autant l’analyse d’un système durant ses phases de conception et d’amélioration continue que la conduite rationnelle d’une unité en exploitation. Parmi les travaux développés, citons notamment, la contribution au développement d’un outil logiciel dédié à l’optimisation exergétique des procédés (1), mais aussi le développement d’une approche dédiée au pilotage de systèmes industriels reposant sur la gestion intégrée de la production et de l’énergie .

L’analyse exergétique est une approche très performante pour évaluer les inefficacités dans les systèmes et orienter l’ingénieur vers des solutions technologiques visant une meilleure efficacité énergétique. Elle a toutefois des difficultés à s’imposer dans l’industrie, faute d’outils logiciels pour la mettre en oeuvre. Afin de pallier ce manque, nos travaux (thèse de Ali Ghannadzadeh 2012 – ANR COOPERE2, 2012-2015 – thèse de Stéphane Gourmelon, 2012-2015) ont contribué à développer une méthodologie d’analyse exergétique générique et à l’implémenter dans un outil commercial (ProSimPlus®). Nos travaux ont consisté à proposer une formulation générique pour le calcul des exergies des flux de matière, formaliser le calcul systématique des bilans exergétiques dans le simulateur de procédés ProSimPlus® et implémenter une méthode générique de calcul de l’efficacité exergétique d’une opération unitaire seule ou d’un procédé complet. 

Concernant le pilotage des installations, des travaux visant à gérer de manière intégrée la production et l’énergie ont été entrepris (thèse de Mujtaba Agha, 2009) à la fois pour les procédés continus organisés en campagne et pour les procédés discontinus. Contrairement aux procédés continus fonctionnant en régime permanent, la consommation énergétique et les courants « chauds » et « froids » présents évoluent au cours du temps. Le problème est alors d’établir un séquencement de tâches de production compatibles avec l’ensemble des contraintes du site industriel : recette de fabrication, capacité de la centrale d’utilités et potentiels de transfert d’énergie entre sources et puits de chaleur. La méthodologie mise en oeuvre a conduit d’une part, à définir un formalisme de modélisation de ces problèmes (formalisme Extended Resource Task Network) et d’autre part, à implémenter le modèle de programmation linéaire mixte permettant de le résoudre. 

Cette méthodologie orientée sur le pilotage intégré matière – énergie des procédés a ouvert la voie à des travaux visant à étendre l’analyse pincement (Pinch Analysis) à des procédés industriels fonctionnant en mode semi-continu (projet ADEME PIVICI, 2011-2013). 

L’ensemble des travaux réalisés au cours de ces quatre dernières années a ainsi permis de poser les bases d’une méthodologie dédiée au diagnostic et à l’optimisation énergétique des sites industriels reposant sur le couplage intelligent de l’analyse pincement et de l’analyse exergétique.