Mai 2006 - n°110

LGC, Laboratoire de Génie Chimique

Le laboratoire de génie chimique ou génie des procédés a été créé en 1965 et associé au CNRS en 1973. Il constitue une unité mixte de recherche (UMR) entre l’Institut National Polytechnique (INP) de Toulouse, l’Université Paul Sabatier (UPS) et le CNRS. Il est localisé sur deux sitesà Toulouse, l’un dans la zone de Basso-Cambo, et l’autre au sein du Complexe Scientifique de Rangueil.

Ses thèmes de recherche sont les réactions chimiques, les mélanges, les séparations, les interfaces et les systèmes dispersés, les procédés électrochimiques et l’élaboration de matériaux, la modélisation et la simulation de procédés, le génie industriel. 220 personnes oeuvrent au sein du laboratoire, parmi lesquels des : Chercheurs, enseignantschercheurs, ingénieurs de recherche, techniciens, doctorants…

Qu’est ce que le génie chimique ?

C’est une discipline scientifique qui analyse les questions issues de l’industrie ou du secteur des entreprises. Une traduction scientifique est effectuée et ainsi sont résolus des problèmes pour les industries chimiques, agroalimentaires, biotechnologiques, pharmaceutiques, médicales et des problèmes de dépollution ou de sécurité des procédés industriels.

Pour ce faire, le LGC dispose : d’un hall technique-pilote de 3800 m2, de laboratoires de 200 m2, en plus des bureaux qui occupent une superficie de 2200 m2.

La recherche au LGC

Une nouvelle organisation du laboratoire sous forme d’une départementalisation s’est faite en 2001 puis en 2005.
Les différents départements ont chacun un dogme et une mission qui leur est propre. Ils sont nés de l’examen détaillé des forces du laboratoire, de l’appréciation aiguë des enjeux et besoins de la société, ou d’une manière plus restrictive du secteur industriel, et aussi de l’organisation scientifique des tutelles du LGC.

Cette structure est complétée par des actions transversales (Micro-procédés, Bioprocédés, Sécurité des procédés et Ecoulements diphasiques) qui sollicitent des compétences variées et complémentaires, disponibles dans les différents départements.

Cinq départements pour mieux répondre aux différents besoins du marché

Département Génie des Interfaces et Milieux divisés (GIMD) : Il développe des recherches focalisées sur la génération d’interfaces (gaz/solide, solide/liquide ou liquide/liquide) ou sur l’étude des phénomènes dont elles sont le siège. Ce département couvre donc un large domaine de connaissances qui va de l’élaboration des interfaces (particule, cristal, dispersion…) par différents procédés (cristallisation, broyage, CVD…) jusqu’à leur mise en œuvre dans des opérations unitaires (filtration, fluidisation…), voir dans des procédés complets (couplage d’opérations). Le développement d’outils de modélisation à différentes échelles et d’outils méthodologiques et métrologiques spécifiques sont au cœur de l’activité du laboratoire.

On distingue deux niveaux d’approche, souvent intimement liés, dans le cadre des travaux de recherche développés. Le premier niveau concerne l’étude des mécanismes à l’échelle locale et de l’interface. Le second concerne l’innovation dans les procédés, par la recherche de nouveaux modes de génération ou de mise en œuvre des interfaces. L’ensemble de ces recherches repose sur l’association de travaux théoriques et expérimentaux.

Département Procédés Electrochimiques et Matériaux (PEM) : Ce département regroupe toutes les activités liées l’électrochimie, aussi bien dans la conception de procédés électrochimiques innovants que dans l’invention et la mise au point capteurs électrochimiques ainsi que leur couplage. Les activités du département PEM sont ainsi fédérées par l’électrochimie et génie électrochimique et soutenues par des études tant fondamentales qu’appliquées. Outre l’étude des phénomènes classiques de transfert, la spécificité de la recherche au département PEM est de s’intéresser aux interfaces réactives et aux transferts électroniques qui y prennent place. Que cela concerne les échanges de charges dans processus spontané (electroless, traitements agroalimentaires…), les interactions entre organisme vivant et un matériau conducteur ou encore la régulation de la vitesse d’une transformation sélective (contrôle du potentiel ou du courant).

Et pour mener à bien toutes ces missions, département met en jeu une large panoplie :
- De méthodes de travail : électrocinétique, électrocatalyse, interaction avec le vivant.
- Et de paramètres physico-chimiques milieux bi et poly-phasiques, températures allant de l’ambiant au-delà de 1000°C, tailles comprises du micron à l’échelle pilote…

Département Procédés et Systèmes Industriels (PSI) : Il regroupe les activités axées sur le développement de procédures systématiques. Et ce, pour la conception l’exploitation de procédés et de systèmes production, fonctionnant en mode continu discontinu, en régime permanent ou transitoire. D’un point de vue général, ces procédures visent la maîtrise de la «chaîne logistique pour les industries de transformation la matière. Et autour de ce concept sont concentrés plusieurs aspects relatifs à conception, la production et la distribution de produits dans un contexte à objectifs multiples, souvent contradictoires liés : à la minimisation des coûts, à sécurité, au respect de l’environnement, des délais de mise à disposition…
Les méthodologies développées prennent en compte la modélisation des propriétés physico-chimiques, des phénomènes élémentaires (équilibres entre phases, cinétique, phénomènes de transfert, hydrodynamique…), des opérations unitaires ainsi que de la structure globale du procédé et mettent en jeu des stratégies numériques avancées, pour arriver au stade décisionnel de l’entreprise.

Ces activités ont des conséquences à la fois théoriques et pratiques :
- Théoriquement, les recherches sont ciblées vers le développement de méthodologies, l’implémentation de prototypes et démonstration de l’efficacité de ces outils sur des problèmes industriels majeurs.
- Et d’un point de vue pratique, l’enjeu économique est important dans la mesure où les marchés, soumis à une forte concurrence, sont devenus de plus en plus versatiles et évolutifs. Et exigent, ainsi, des temps de réponses de plus en plus courts et, donc, des méthodes et outils toujours plus performants pour orienter les décisions.

Département Réaction, Mélange et Séparation (RMS) : Les thèmes scientifiques traités dans ce département recouvrent un domaine assez large : agitation, réactions chimiques et biologiques et séparations. Les secteurs d’applications concernés sont vastes aussi et évoluent avec le temps : de l’industrie chimique et pétrochimique, vers la chimie fine, la pharmacie, l’environnement, la biotechnologie et l’agro-alimentaire. Ainsi, la démarche scientifique du département RMS est pluridisciplinaire car un système réactionnel est le siège de réactions chimiques et biologiques, associées à des phénomènes physiques.
Ce département a pour mission d’envisager la conception, l’optimisation, l’extrapolation, la conduite de nouveaux procédés de fabrication de produits, de matériaux ou d’objets. Sa démarche privilégie clairement l’échelle de production et associe étroitement le procédé et l’objet.

Les activités du département RMS s’étendent sur trois domaines :
- l’étude et la parfaite caractérisation du milieu réel,
- la modélisation des phénomènes physiques et chimiques (pour améliorer les procédés),
- la conception, l’optimisation et la conduite de l’appareil.

Département Bioprocédés et Systèmes Microbiens (BioSyM) : Les travaux conduits dans ce département, nouvellement constitué (Juillet 2005), reposent sur des compétences fortes dans les domaines de la physiologie et génétique des microorganismes, de la microbiologie industrielle, du génie des procédés, de la bio-électrochimie et de la toxicologie. Les projets de recherche développés associent généralement plusieurs de ces compétences spécifiques et complémentaires.

Les champs de recherche dans lesquels le département confortera son implication sont ceux des Industries Agro-Alimentaires (IAA), de la Santé, de l’Environnement et de l’Energie.

De même, les différentes compétences de l’équipe permettent une approche intégrée des problèmes liés à la mise en oeuvre de micro-organismes. La méthode de travail qui sous-tend les travaux s’appuie sur plusieurs points, dont :
- L’obtention de données expérimentales précises et fiables sur le réacteur : agitation, hydrodynamique, transferts gazeux tout spécialement - L’établissement des cinétiques (de la réaction biologique et des transferts) et des stoechiométries
- L’analyse de la cohérence des données obtenues par la vérification des bilansélémentaires de matière
- L’analyse de ces informations avec la prise en compte de la génétique, du métabolisme et de la physiologie des micro-organismes

Et afin de tirer au mieux parti des compétences complémentaires des membres du département, une structuration des actions de recherche par « projet » a été mise en place.

Ambitions, objectifs et moyens de pointe pour un service de qualité

Dans le domaine du Génie des Procédés et à la demande de prestations d’industries, d’entreprises, de laboratoires et structures de recherche et développement publics ou privés, le LGC veut :

- contribuer à l’établissement de données scientifiques de qualité,
- fournir un soutien logistique par ses équipements, son personnel…

Les exemples de la détermination du Laboratoire de Génie Chimique à se développer et à toujours aller vers l’avant sont multiples, on en citera quelques uns :

- au-delà du caractère générique de la plupart des activités du département GIMD, ce dernier entend poursuivre, structurer et développer des actions en prise directe avec des secteurs d’applications bien identifiés. A titre d’exemple, dans le domaine de la santé, le développement de technologies permettant de maîtriser la structure de nanoparticules,éventuellement fonctionnalisées, représente un enjeu majeur pour les industries pharmaceutiques face auquel divers travaux conduits dans ce même département peuvent apporter des réponses appropriées (formulation de poudres peu solubles par nanobroyage, cristallisation sphérique en émulsion…). D’autres recherches récemment entreprises, sur l’élimination de micropolluants, tant chimiques que biologiques, par des procédés membranaires d’une part et sur les émissions d’aérosols ultrafins d’autre part, seront renforcées vu leur impact en terme de santé humaine.

- dans le cadre des recherches du département BioSyM, une collaboration avec la communauté d’Agglomération du Grand Toulouse (station d’épuration de Brax) est déjà en cours. Son objectif principal sera d’analyser l’implication des phénomènes biophysico-chimiques dans le colmatage des membranes et leur modélisation.

- au sein du LGC, la Plate Forme en Génie des Procédés (PFGP) a pour vocation d’assurer des prestations de qualité aux équipes de recherche et à toute entreprise souhaitant une aide dans le domaine du Génie des Procédés. Ce, en privilégiant les domaines : de faisabilité et d’aide à la conception, d’amélioration et de maîtrise des procédés. Ceci étant possible grâce à une équipe qualifiée et polyvalente, et à un matériel de pointe adapté à chaque domaine et secteur d’activité (Extracteur monoétagé Liq-Liq & Liquide – Solide, Rhéométrie, Balance de Dessiccation, Calorimétrie Différentielle à balayage, Porosimètre mutli-gaz, Picnométrieà He, Potentiel Zéta et tailles de particules, CPG, HPLC, Spect UV-Visible, Chaîne de dosage (titration), Cryostat, Générateur Eau Ultra pure, Sorbonnes…).

Le LGC puise également sa force dans de nombreuses collaborations tant à l’échelle nationale qu’internationale.

De plus, par l’intermédiaire du CRITT Génie des Procédés et Techniques Environnementales fortement adossé au LGC, il est aussi possible de solliciter les partenaires du réseau Inter CRITT régional ou du réseau CRITT Grand Sud (Région Midi Pyrénées, Provence, Alpes Côte d’Azur et Languedoc - Roussillon).

Le LGC dispose donc de tous les moyens et compétences qui en font une structure de R&D apte à répondre aux sollicitations des différentes entreprises. La recherche est plus que jamais au cœur de tous les enjeux….

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