(Ré)ingéniérie des procédés : une alternative à la substitution de molécules dans REACH Vincent Gerbaud, Patrick Cognet, Christophe Gourdon 25 octobre 2010

sommaire Directives REACH & COV & IPPC LA solution actuelle : substitution des molécules Vers une réponse orientée procédés

Les contraintes REACH & COV & IPPC Europe : Règlementation REACH : 01/06/2007 obligation d’enREgistrement, Evaluation et Autorisation, restriction des produits Chimiques) Directive COV n° 1999/13/CE du 11/03/99 relative à la réduction des émissions de composés organiques volatils dues à l'utilisation de solvants organiques dans certaines activités et installations Directive COV n° 2004-42/CE du 21/04/04 relative à la réduction des émissions de composés organiques volatils dues à l’utilisation de solvants organiques dans certains vernis et peintures et dans les produits de retouche de véhicules, et modifiant la directive n° 1999/13/CE nouveaux domaines, d’applications pauvres en données nouvelles échelles ; inhomogènes ; hors équilibre Le génie des procédés s’intéresse aux échelles du procédé, de l’opération unitaire, des interfaces et cherche de plus en plus à comprendre les phénomènes se déroulant à l’échelle de la molécule. Or la molécule est justement le domaine d’investigation de la simulation moléculaire Et donc la thermodynamique moléculaire se situe au carrefour de ses deux disciplines en utilisant les outils de simulation moléculaires pour résoudre des problèmes énoncés par le génie des procédés et ayant des répercussions à toutes les échelles citées. Le reste du monde… est moins strict.

IPPC 1996 Integrated Pollution Prevention and Control 1996 Les contraintes REACH & COV & IPPC IPPC 1996 Integrated Pollution Prevention and Control 1996 La directive IPPC (1996) a pour objectif principal d’assurer un niveau élevé de protection de l’environnement dans son ensemble, eau, air, sols IPPC prévoit la nécessité d’appliquer les Meilleures Technologies Disponibles (BAT) qui sont décrites dans des documents appelés BREF (BatREFerence) (http://aida.ineris.fr/bref/). Il en existe 33. Réévalué en 2010 Nota bene: Certains BREF 2010 sur les solvants sont déjà plus strict que la directive COV… Produit – Procédé Indissociables : on ne fabriquera pas les produits de demain avec les procédés d’hier ! nouveaux domaines, d’applications pauvres en données nouvelles échelles ; inhomogènes ; hors équilibre Le génie des procédés s’intéresse aux échelles du procédé, de l’opération unitaire, des interfaces et cherche de plus en plus à comprendre les phénomènes se déroulant à l’échelle de la molécule. Or la molécule est justement le domaine d’investigation de la simulation moléculaire Et donc la thermodynamique moléculaire se situe au carrefour de ses deux disciplines en utilisant les outils de simulation moléculaires pour résoudre des problèmes énoncés par le génie des procédés et ayant des répercussions à toutes les échelles citées.

Les contraintes REACH & COV & IPPC 01/06/2007 entrée en vigueur du règlement REACH (obligation d’enREgistrement, Evaluation et Autorisation, restriction des produits CHimiques) L'objectif affiché de REACH est d’améliorer le niveau de protection de la santé et de l’environnement tout en renforçant la compétitivité et l’innovation  dans  l’Union Européenne. REACH prévoit : pré-enregistrement avant déc 2008 pour les substances produites ou importées > 1 T/an dans l’UE. enregistrement obligatoire des substances (produites ou importées à plus d’1 T/an) auprès d’une agence européenne. Délai de 3½ ans pour les substances > 1000 t/an, les CMR 1&2 > 1 t/an et les substances R50/53 > 100 t/an 6 ans pour les substances > 100 t/an 11 ans pour les substances > 1t/an  évaluation des dossiers par l’Agence procédure spéciale d’autorisation pour les CMR 1&2, PBT, vPvB CMR : Carcinogene Mutagene Reprotoxique PBT : Persistent Bioaccumulative Toxique vPvB : very P very B nouveaux domaines, d’applications pauvres en données nouvelles échelles ; inhomogènes ; hors équilibre Le génie des procédés s’intéresse aux échelles du procédé, de l’opération unitaire, des interfaces et cherche de plus en plus à comprendre les phénomènes se déroulant à l’échelle de la molécule. Or la molécule est justement le domaine d’investigation de la simulation moléculaire Et donc la thermodynamique moléculaire se situe au carrefour de ses deux disciplines en utilisant les outils de simulation moléculaires pour résoudre des problèmes énoncés par le génie des procédés et ayant des répercussions à toutes les échelles citées.

Les contraintes REACH & COV & IPPC Un enjeu de taille l’entreprise qui n’aura pas enregistré ses substances se verra refuser l’entrée sur le marché (no data, no market) Avant REACH, tout ce qui n’était pas interdit était autorisé Avec REACH, tout ce qui n’est pas autorisé est interdit C’est aussi un moment d’opportunité et d’innovation dans les produits de substitution dans l’organisation, la gestion des déchets, l’analyse du cycle de vie et de la valeur… REACH : catalyseur d’innovation E. MARX Ecosystem "Eco-designed Processes” (Axelera) nouveaux domaines, d’applications pauvres en données nouvelles échelles ; inhomogènes ; hors équilibre Le génie des procédés s’intéresse aux échelles du procédé, de l’opération unitaire, des interfaces et cherche de plus en plus à comprendre les phénomènes se déroulant à l’échelle de la molécule. Or la molécule est justement le domaine d’investigation de la simulation moléculaire Et donc la thermodynamique moléculaire se situe au carrefour de ses deux disciplines en utilisant les outils de simulation moléculaires pour résoudre des problèmes énoncés par le génie des procédés et ayant des répercussions à toutes les échelles citées.

Substitution : dans quel cas ? LA solution : substitution des molécules Substitution : dans quel cas ? (présentation de JJ LE BRUN Service Central Analyse CNRS, 2 avril 2010) nouveaux domaines, d’applications pauvres en données nouvelles échelles ; inhomogènes ; hors équilibre Le génie des procédés s’intéresse aux échelles du procédé, de l’opération unitaire, des interfaces et cherche de plus en plus à comprendre les phénomènes se déroulant à l’échelle de la molécule. Or la molécule est justement le domaine d’investigation de la simulation moléculaire Et donc la thermodynamique moléculaire se situe au carrefour de ses deux disciplines en utilisant les outils de simulation moléculaires pour résoudre des problèmes énoncés par le génie des procédés et ayant des répercussions à toutes les échelles citées.

La démarche inverse est suggérée… La place du procédé ? Le procédé reste un intermédiaire de fabrication qui subit la réglementation Fast but needs infinite dilution coefficients Databases Models (présentation de JJ LE BRUN Service Central Analyse CNRS, 2 avril 2010) nouveaux domaines, d’applications pauvres en données nouvelles échelles ; inhomogènes ; hors équilibre Le génie des procédés s’intéresse aux échelles du procédé, de l’opération unitaire, des interfaces et cherche de plus en plus à comprendre les phénomènes se déroulant à l’échelle de la molécule. Or la molécule est justement le domaine d’investigation de la simulation moléculaire Et donc la thermodynamique moléculaire se situe au carrefour de ses deux disciplines en utilisant les outils de simulation moléculaires pour résoudre des problèmes énoncés par le génie des procédés et ayant des répercussions à toutes les échelles citées. Les contraintes La démarche inverse est suggérée…

Une solution proposée par le LGC: [Ré]ingéniérie des procédés Vers une réponse orientée procédé ? Une solution proposée par le LGC: [Ré]ingéniérie des procédés Mieux que l’optimisation de l’existant Moins coûteux que partir de zéro Redéfinir le problème bénéfice Ré-ingéniérier le système Optimiser l’existant investissement

Une solution proposée par le LGC: [Ré]ingéniérie des procédés Vers une réponse orientée procédé ? Une solution proposée par le LGC: [Ré]ingéniérie des procédés Qui ? Tout le LGC pas de prévalence d’untel ou d’untel Pourquoi ? Les forces du LGC « Green Process Engineering » (RMS), Énergie (PSI), Traitement d’effluents (BioSym), Intensification des procédés (RMS), Modélisation de la molécule au système (PSI), Quality by design (GIMD-RMS) …

[Ré]ingéniérie des procédés Vers une réponse orientée procédé ? [Ré]ingéniérie des procédés Quel périmètre ? Tous les procédés de transformation de la matière et de l’énergie Toutes les filières, en particulier les filières émergentes

Une solution pour le LGC [Ré]ingéniérie des procédés Vers une réponse orientée procédé ? Une solution pour le LGC [Ré]ingéniérie des procédés Quoi ? Des objectifs précis Compléter le rapport REACH 2009 (M. Vaultier) restreint à l’intensification des procédés Guide d’heuristiques / bonnes pratiques À la manière de J. Douglas ou des 12 principes. Cases Studies Molecules Process Molecules & mixtures Raw materials RSP3 Product purification End user Product RSP1 Reaction Valuable waste RSP2 Waste treatment

Une méthode possible (V. Gerbaud) Vers une réponse orientée procédé ? Une méthode possible (V. Gerbaud) Formulation inverse (fixer les valeurs cibles a priori) Une vision d’ensemble du procédé et des opérations unitaires Satisfaire des propriétés fonctionnelles sous contraintes (santé, sécurité, environnement, …) -> optimisation multicritère Comme y parvenir avec nos procédés? Quels procédés ? Réaction, séparation, mise en forme,… les 3 intensifiés… Limiter les intermédiaires, les successions de solvants, de milieux réactionnels Quelles méthodologies pour garantir l’éco-conception du procédé et le cahier des charges ?

Vers une réponse orientée procédé ? Et d’autres … Procédés « microscopiques » ou « moléculaires » : intervention du process engng à la « bonne » échelle Intégration par Approche système (incluant les aspects intergénérationnels et acceptabilité, …) A construire ensemble …

Des heuristiques à revoir et réinventer Vers une réponse orientée procédé ? Des heuristiques à revoir et réinventer 12 principes de la chimie verte (Anastas & Warner 1998) Prévenir les déchets plutôt que les traiter Economie d'atomes. synthèses peu toxiques pour l’homme et l’environnement. Produits chimiques assurant fonction primaire tout en minimisant leur toxicité. Limiter les substances auxiliaires ou le faire avec des substances inoffensives Minimiser l’énergie des procédés & synthèses en conditions T,P ambiantes. Matières premières renouvelables. Synthèse directe sans étape secondaire. Réactifs catalytiques > stœchiométriques Produits dégradables et non nocifs. Méthodologies analytiques de régulation des synthèses. Minimiser les risques chimiques, rejets, explosions et incendies. 12 principes ingéniérie verte (Anastas & Zimmerman 2003) Nonhazardous material & energy Prevent waste rather than clean up. Separation and purification operations with minimum energy and materials use. Maximize mass, energy, space, & time efficiency. “output pulled” rather than “input pushed” through the use of more energy and materials. (eg. Reactive distillation) High-entropy and complex system must be kept rather than recycled. Durability rather than immortality. No overdesign. Minimize material diversity. Integrate local material & energy flows.. Design for performance in a commercial “afterlife” (e.g. factory into houses). Renewable rather than depleting

Quelles sont nos forces ? Nos faiblesses ? Vers une réponse orientée procédé ? Quelles sont nos forces ? Nos faiblesses ? Forces ( A lister dans le contexte de la réingéniérie des procédés ) Faiblesses Mesure du cycle de vie d’un procédé LRGP-Nancy (J.F. PORTHA Couplage de l'analyse exergétique et de l'analyse de cycle de vie appliqué aux procédés) Capteurs & modèles pour les nouveaux domaines & matières premières Lien entre process-structure moléculaire et écotoxicité… … A COMPLETER ENSEMBLE

Vers une réponse orientée procédé ? Qui ? animer un « club de réflexion » actif ayant pour objectif de réaliser les livrables Forces et faiblesses Compléter le rapport REACH 2009 (M. Vaultier) restreint à l’intensification des procédés Guide d’heuristiques / bonnes pratiques À la manière de J. Douglas (avec exemples simples) Revoir les 12 principes de Green Engineering ( ceux de la chimie) Cases Studies Une filière de la molécule (mat. prem.) à la molécule (produit) plutôt qu’une application trop centrée sur une opération unitaire. Dialogue inter labo ! planning

Bienvenue à la réflexion Re-ingéniérie !