L’objectif de diminuer la dépendance de notre économie au pétrole via l’incorporation d’une part accrue des matières premières d’origine végétale ouvre des perspectives nouvelles aux usages du bois. Les procédés correspondants, s’appuyant sur la chimie du bois, les biotechnologies et l’industrie papetière en mutation, émergent de toute part, alimentant en biomolécules une multitude d’industries, pharmaceutiques, alimentaires, cosmétiques sans oublier la filière biocarburants. Dans ce contexte, à l’issue de cette UE, les étudiants
auront une vision d’ensemble des bioraffineries forestières, des molécules et matériaux biosourcés et des marchés industriels ciblés, conscients des barrières techniques, économiques et environnementales à lever
seront en mesure concevoir des séquences réactionnelles de déconstruction, d’analyser des travaux en s’appuyant sur les concepts de de base de réactivité des lignocelluloses et de chimie macromoléculaire dispensés dans cette UE
seront sensibilisés aux principes et problématiques de génie des procédés, réacteurs, extractions et technologies de séparation
seront initiés aux méthodes de conception, dimensionnement,
de modélisation et d’optimisation de bioprocédés
seront en capacité d’être des acteurs auprès des bioraffineries, plate-formes ou industries de valorisation chimique générés par la filière de transformation de matières lignocellulosiques,
Modules
De La Chimie De Base Aux Applications
Intervenants
Emmanuel FREDON (18h)
Pascal Xanthopoulos (6h)
Pré-requis
UE 5.3 et UE 7.2
Acquis des apprentissages
Comprendre et appliquer les principes de base de la réactivité en chimie organique permettant de concevoir les conversions chimiques des molécules lignocellulosiques:
Déterminer et analyser la distribution de masse d’un polymère
appliquer des modèles de prédiction des réactions de polycondensation en vue de synthétiser des polymères
Avoir une connaissance la plus large des chaînes de valeur actuelles des co-produits bois, acteurs et procédés. Repérer des sources d’informations riches et pertinentes. S’approprier le langage du marché
Mettre en œuvre un procédé expérimental à l’échelle pilote et analyser les produits obtenus
Contenus pédagogiques
Description
CM
TD
TP
Présentation de l’UE
1
Réactivité des fonctions chimiques présentes dans le bois : notions de nucléophilie/électrophilie,
effets mésomères, labilité des hydrogènes, tautomérie céto-énolique,
1
4
Bases de chimie macromoléculaire :
Classification et description des réactions de polymérisation, distribution des masses moléculaires,
polydispersité
Cinétiques modèles de polycondensation, théorie de Carothers
2
2
Valorisations en molécules à haute valeur ajoutée : marchés actuels, voies innovantes, aspects économiques et règlementaire
Etude de cas, jeux de rôle
4
2
Travaux pratiques sur le prétraitement et la bioconversion
du bois prétraité en molécules simples, analyse des produits
8
Chimie Du Bois Avancée
Intervenants
Nicolas Brosse (8h)
Philippe Gérardin (3h)
Emmanuel Fredon (5h)
Arnaud Besserer (8h)
Pré-requis
UE 5.3 et UE 7.2
Acquis des apprentissages
Maîtriser les principes de déconstruction chimique du bois en milieu humide. Sélectionner un type de traitement en fonction
du fractionnement souhaité
Identifier, distinguer les différents flux de produits issus du bois et leurs propres voies de conversions en intermédiaires d’intérêt
Choisir les biocatalyseurs (enzymes ou micro-organismes) les plus adaptés pour la production de biomolécules. Identifier les points clés dans une production de molécules par voie biologique.
Mettre en œuvre,
optimiser un procédé expérimental à l’échelle pilote et analyser les flux de matière
Rédiger un rapport scientifique en bonne et due forme, avec
synthèse bibliographique
Contenus pédagogiques
Description
CM
TD
TP
Mécanismes de fractionnement chimique du bois : étude des polysaccharides et de la lignine (hydrolyse, délignification), réactions parasites (peeling off …). Application aux prétraitements
3
Celluloses et lignines industrielles. Dérivés des sucres et applications
Extractibles du bois et méthodes d’extraction
6
3
Présentation et étude de cas pour la production de biomolécules par différents procédés de bioconversion.
Introduction à la sélection de solutions biotechnologique (enzymes, micro-organismes).
2
2
Principe et démonstration de procédés de prétraitement : explosion à la vapeur
4
Travaux pratiques sur le prétraitement et la bioconversion
du bois prétraité en molécules simples, analyse des produits
4
Génie Des Procédés-1
Intervenants
Guillain Mauviel (16h)
Latifa Chebil (8h)
Arnaud Besserer (2h)
Pré-requis
UE 5.4, UE 7.2, UE 6.4
Acquis des apprentissages
utiliser les notions de bases de génie des procédés (calculer des taux de conversion, des rendements, temps de séjour, des cinétiques…)
différentier les types de réacteurs
Etre sensibilisé aux principes et techniques d’extraction et de séparation en vue de concevoir une séquence intégrée d’opérations unitaires répondant à un cahier des charges et des objectifs de performance
Etre initié aux méthodes de conception,
de modélisation et d’optimisation de bioprocédés
Etablir des bilans de matière et d’énergie de procédés
Elaborer des modélisations /simulations de bioprocédés enzymatiques et microbiens
Contenus pédagogiques
Description
CM
TD
TP
Introduction à l’ingénierie des bioprocédés pour les bioraffineries : enjeux, méthodes, différents procédés, bilans matière.
3
2
Les réacteurs en phase liquide : rendements, typologies, cinétique, réacteurs industriels ouverts, applications aux « bioraffineries »
L’extraction solide/liquide :
équilibres, transferts, typologies, simulation, application aux
bioraffineries.
3
2
Opérations unitaires de séparation et de
purification, principes de fonctionnement:
TP opérations unitaires sur le filtre presse et la distillation.
6
Visite installation industrielle
de bioraffinerie.
2
Etude de cas procédé de transformation de lignocellulose en éthanol carburant
Bilans matière en simulateur-tableur.
2
2
Modélisation-simulation de bioprocédés : hydrolyse enzymatique et fermentation éthanolique
2
2
Génie Des Procédés-2
Intervenants
Stéphane Delaunay (4h)
Armand Klem (8h)
Emmanuel Fredon (4h)
Arnaud Besserer (6h)
Pré-requis
UE 5.4, UE 6.3, UE 7.2
Acquis des apprentissages
Acquérir une vue d’ensemble
des enjeux techniques, économiques et environnementaux
de l’utilisation de procédés enzymatiques et de fermentation pour la transformation du bois en biocommodités ou biocarburants.
Conduire une réaction dans un biofermenteur, optimiser les conditions de de bioconversion.
Appréhender la technologie des procédés industriels de séparation
Contenus pédagogiques
Description
CM
TD
TP
Introduction à la notion d’étude multi échelle du procédé : de la voie métabolique au suivi macroscopique.
Introduction à la conduite de réactions en bioréacteur.
Applications en recherche et pour l’industrie.
2
2
Mise en pratique sur une unité de biofermenteur.
4
4
Introduction aux procédés de purification industriels.
2
Procédés de séparation et de purification en chimie papetière (pâte thermomécanique et pâte désencrée).
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