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Les Meuriciens à Lyon pour leur voyage de fin d’études

Le voyage de fin d’études des étudiants en Ingénieur Industriel a pour but de développer leur curiosité et leur ouverture d’esprit en leur permettant de rencontrer des professionnels et en leur faisant découvrir les spécificités d’une région d’un point de vue industriel.

Nous cherchons donc à leur faire visiter des entreprises abordant des thématiques variées (sites de production de produits chimiques, de polymères, industries des secteurs pharmaceutique et biotechnologique, …). Et, cette année, nous avons posé nos valises à Lyon.

 

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MARDI 30/01/18 : GATTEFOSSE

Gattefossé est une entreprise active dans le domaine pharmaceutique et cosmétique. C’est un des leaders dans la fabrication des matières premières entrant dans les formulations relatives à ces deux domaines. Gattefossé fait partie des spécialistes de l’oléochimie et de la chimie d’extraction végétale. Le marché de cette entreprise « familiale » d’environ 300 collaborateurs s’étend sur différents continents avec un chiffre d’affaire de 103 millions d’Euros en 2017. La grande force de cette entreprise est l’accompagnement proposé au client dans la mise en œuvre du produit dont il a fait l’acquisition.

Gattefossé dispose d’une ligne de production classique :

  • Arrivée des matières premières via le fournisseur, contrôle qualité de celles-ci avant stockage.
  • Transformation des matières premières :
    • Acheminement à travers le site via des conduites thermostatisées
    • Réaction Batch
    • Nettoyage de l’installation à la vapeur d’eau (200°C)
  • Conditionnements des produits obtenus :
    • Mise en fut des pâteux et liquides
    • Pastillage via tapis métallique réfrigéré
    • Mise en poudre par atomisation

L’ensemble des dérivés produits sont analysés et caractérisés sur site. Le seul test d’analyse sous-traité étant le dosage des résidus de type métaux lourds.

Une autre branche d’activité de la compagnie est l’extraction. Différents types d’extractions sont pratiquées :

  • Extraction aqueuse dont la solution d’extraction contient un minimum de 35% de PEG
  • Extraction huileuse à base d’un mélange d’huile d’abricot raffinée et d’huile minérale
  • Extraction enzymatique

Le dernier domaine d’action (et probablement le plus important) de Gattefossé est l’aide au client. Diverses aides à la formulation ainsi que des formations aux entreprises clientes sont proposées.

Parmi les différents types de formulations proposées, on retrouve les crèmes (solaire, fond de teints, …), gélules, suppositoires, poudres, etc.

Enfin, le site Lyonnais dispose d’un laboratoire de caractérisation relativement fourni : analyses de surface, de mouillabilité, de texture, de dissolution, de biodisponibilité, et d’autres encore.

Gattefossé a notamment innové en proposant un dispositif de simulation de digestion des médicaments. Il s’agit d’un récipient thermostatisé, de pH et composition chimique fixée. Leur modèle tient également compte de l’activité enzymatique puisqu’un panel d’enzymes de digestion sont ajoutées au milieu pour obtenir des conditions de digestion les plus proches possible de la réalité.

 

MERCREDI 31/01/18 : KEMONE

Introduction

Dans le cadre de la visite à KEM ONE, situé au sud de Lyon, au cœur de la vallée de la chimie, nous avons eu la chance de découvrir des installations de production industrielle de grande importance. L’usine KEM ONE de Saint-Fons est spécialisée dans la production de polychlorure de vinyle (PVC) en masse (environ 870.000t/an pour Kem one) et de PVC-C, obtenu par l’adjonction de chlore à la résine PVC. Mais elle revalorise également ses produits secondaires, comme la soude (730.000 t/an), l’eau de Javel (25.000t/an) et le chlorure d’hydrogène (10.000t/an).

 

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Historique

C’est en 1853 que Claude Marie Perret fonde la vallée de la chimie à Lyon. Ce site regroupe, actuellement, la plupart des industries chimiques qui sont présentes à Lyon. En 1872, Saint Gobin reprend l’entièreté du site pour une période de 103 ans. Ils apportent un développement important de la vallée en installant les artisans sur le site. En 1975, Rhône-Poulenc rachète une partie du site qui est par la suite reprise par ATO afin d’éviter une perte d’argent. L’activité reprend alors de l’importance et augmente de façon significative son chiffre d’affaire. En 2000, Total réalise une OPA pour créer ATO FINA. Dans le but de recentrer son activité et sous la pression accrue de la part du gouvernement, ATOFINA se sépare de la chimie pour former le groupe ARKEMA en 2004. Dans un second temps, ARKEMA décide de se séparer de la chimie de base pour se tourner vers la chimie de spécialité. La direction était assurée un temps par un homme d’affaire américain qui n’a pas réussi la transition, jusqu’à subir un redressement judiciaire. C’est en 2013 qu’un homme d’affaire Français investit beaucoup d’argent dans le site et apporte un redressement significatif. C’est ainsi qu’est né KEM ONE.

 

La sécurité

Aujourd’hui, la sécurité est un point important dans le monde industriel et plus particulièrement pour KEM ONE. La sécurité des hommes et des installations fait l’objet d’une attention toute particulière. Le groupe KEM ONE effectue, chaque année, des actions de prévention et de protection dans le domaine de l’hygiène et de la sécurité. Ces différentes actions sont menées par :

  • Des aménagements techniques
  • Des mises à jour et développement des connaissances des collaborateurs
  • Des actions de préventions
  • Des informations internes et externes

Toute cette organisation est contrôlée et mise en place par le service HSE (Health Safety and Executive). Il a pour but de maintenir les objectifs du site qui sont :

  • 0 accident majeur
  • 0 accident de personne
  • 0 atteinte à la santé
  • 0 pollution
  • 0 consommation énergétique

 

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Le PVC

Le PVC a été découvert par Victor Regnault en 1835, mais les connaissances de l’époque n’ont pas permis d’exploiter la découverte. Ce n’est qu’en 1935 que BASF a réussi à développer une méthode de commercialisation qui a été breveté. Le PVC est composé, en matière première, de 57% de saumure (chlorure de sodium qui fournit le chlore) et de 43% de matière issue du pétrole (éthylène). Il est à noter que le monde du plastique ne consomme que 4% de la demande mondiale en pétrole et 0,6% pour le PVC en particulier.

 

Production du PVC

Production du chlore

La matière première du chlore est le sel (chlorure de sodium). Il est capté dans des mines sous forme de saumure, c’est un liquide qui est acheminé par pipe. Il est ensuite purifié pour obtenir un sel totalement pur et transformé en soude (NaOH) et Chlore (Cl2) par électrolyse à membrane. L’équation bilan de cette électrolyse est représentée en figure 1.

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Figure 1 : électrolyse de la saumure

 
Production d’éthylène

La seconde matière première du PVC est le pétrole (éthylène). Le pétrole est raffiné via vapocraquage pour former de l’éthylène qui est transporté par pipe également. Pour l’usine de KEM ONE, c’est l’entreprise TOTAL, qui se trouve juste à côté sur le même site, qui la fournit.

 
Production du chlorure de vinyle

La synthèse du monomère s’effectue en 2 étapes. Dans un premier temps, il y a réaction entre le chlore et l’éthylène pour former le dichloroéthane (voir figure 2).

 dichloroethane

Figure 2 : synthèse du dichloroéthane

 

Dans un deuxième temps, le dichloroéthane se décompose en acide chlorhydrique et en chlorure de vinyle aussi appelé chlorure vinyle monomère (CVM) (figure 3).

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Figure 3 : formation du chlorure de vinyle

 

C’est sous cette forme que le monomère parvient sur le site de Saint-Fons, par bateau.

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Polymérisation

Ensuite, ce CVM est polymérisé pour former le PVC. KEM ONE se distingue de ces autres concurrents via son procédé de polymérisation en masse par voie radicalaire. Ce procédé se base sur une polymérisation sans solvant (ni organique, ni aqueux). La réaction est initiée par un peroxyde (voir figure 4)

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Figure 4 : polymérisation du CVM

 

Il présente de nombreux atouts en termes de performance, d’impact sur l’environnement et de consommation énergétique.

Le PVC est un des plastiques les plus utilisé dans le monde, de par ses nombreux domaines d’application. Il est présent partout dans la vie quotidienne. Il permet de fabriquer des fenêtres, des piscines, des protections pour les câbles électriques, du film alimentaire, des poches médicales, des cartes de banque, des sacs à main, du faux cuire, du textile, de la mousse, et encore bien d’autres … Ces applications sont possibles grâce à ses propriétés intéressantes. Il est facile à mettre en œuvre (solide, liquide et en mousse), sa résistance à la corrosion, sa température de transition vitreuse assez faible (environ 80°C), sa faible conductivité thermique et sa résistance à l’inflammation.

 

Le PVC-C

L’un des domaines de prédilection de KEM ONE est le PVC-C, un PVC surchloré. C’est un PVC sur lequel KEM ONE additionne une certaine quantité de chlore (environ 17%) afin d’augmenter les propriétés thermiques. L’utilisation de PVC-C pour la fabrication de systèmes de canalisation permet de garantir une solution économique pour les réseaux d’eau froide et d’eau chaude sanitaire. Les principaux avantages sont les suivants :

  • Sécurité du réseau : étanchéité, pas de corrosion, résistance à la pression (6 bars à 80°C) et aux chocs
  • Sécurité incendie : Euro class Bs1d0 (non inflammable et pas de fumée)
  • Sécurité de l’eau : attestation de conformité sanitaire, compatibilité avec des traitements thermique et chimique, limitation des facteurs aggravants du développement des bactéries que sont le tartre et la corrosion
  • Sécurité environnementale : recyclabilité à plus de 98% et faible conductivité thermique

D’un point de vue pratique, KEM ONE récupère le PVC sous forme de poudre et le transfert vers ses unités de chloration. Elles fonctionnent par réaction photochimique via des lampes UV. Le PVC est mis en suspension dans un courant de chlore gazeux (Cl2) et réagit à l’aide des lampes UV pour charger le PVC en chlore. Le taux de chlore dans le PVC-C dépend des conditions opératoires, comme la température, la pression et le temps de séjour.

 

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JEUDI 01/02/18 : SIEGFRIED

Siegfried est une entreprise active dans le domaine des « life sciences » partout dans le monde. Siegfried Holding AG a été fondé en 1873 par Samuel Benoni Siegfried.

Le groupe Siegfried est plus précisément un fournisseur pharmaceutique exerçant à l’échelle internationale ; en Suisse, aux USA, à Malte, en Chine, en Allemagne, et en France. Il a pour objectif de développer pour l’industrie pharmaceutique des procédés de fabrication de principes actifs, de produits intermédiaires et de médicaments finaux.

Les produits obtenus, pharmacologiquement actifs, présentent une haute valeur ajoutée. Les prix de vente sont compris entre 100 et 1000€/kg.

Le site de Saint Vulbas a été fondé en 1993 et occupe aujourd’hui près de 110 personnes. Siegfried St Vulbas est plus précisément spécialisé dans la synthèse à façon. C’est-à-dire qu’il est voué à transposer à l’échelle industrielle une production de molécules désignées par un client. Pour ce faire, deux possibilités s’offrent aux travailleurs. Soit ils développent un nouveau procédé adapté à la production en masse et industriellement viable, soit ils appliquent un procédé connu et fourni par le client. Cette entreprise se doit donc d’être flexible, permettant ainsi une adaptation rapide des procédés. De plus, les unités de production sont organisées en plusieurs étages afin de bénéficier de l’énergie gravitationnelle pour transférer aisément les produits d’une opération unitaire à l’autre.

La production d’un principe actif est composée d’une série d’étapes (synthèse, work up et finalisation). Différentes réactions sont couramment mises en œuvre sur ce site de production : réactions avec un organométallique, phosgénation, halogénation, cryogénique et plus rarement de l’hydrogénation. En revanche Siegfried se trouve limité dans la diversité de produits synthétisables. En effet, ils ne sont pas autorisés à produire des pesticides, des stéroïdes et des antibiotiques car les unités de production relative aux principes actifs ne peuvent contenir ces 3 composés.

La production de principes actifs se fait selon les directives GMP et en parfaite conformité avec les standards de sécurité, de protection de la santé et de respect de l’environnement. Pour toutes ces raisons, l’entreprise possède une unité de recyclage énergétique afin d’éviter l’émission atmosphérique de composés organiques volatils.

Siegfried Saint Vulbas bénéficie d’une proximité géographique avec la société Speichim processing, qui est spécialisée dans la régénération de solvants et la purification d’intermédiaires de synthèse. Le partenariat entre ces deux entreprises permet un traitement des solvants et produits secondaires rapide et logistiquement favorable. C’est pourquoi, en perspective, Siegfried souhaite construire un pipeline reliant directement leurs réservoirs post-réactionnels à l’entreprise voisine. Ceci permettrait de limiter fortement le stockage de solvants et de déchets sur le site.

 

VENDREDI 02/02/18 : TOTAL (centre R&D)

Total est le quatrième groupe mondial en termes d’exploitation de ressources pétrolières et gazifières. Elles exploitent plus de mille sites industriels (toutes branches confondues) et emploie environ 100 000 collaborateurs. Les activités du groupe sont réparties en trois pôles :

  • L’exploration et l’extraction d’hydrocarbures
  • Le raffinage et la transformation chimique des hydrocarbures
  • La commercialisation et la promotion des produits mis sur le marché par Total

L’entreprise en plus des carburants de route, produit aussi du carburant pour l’aviation et la marine, des lubrifiants moteurs, du bitume et des liquides spéciaux (solvants). De plus, elle développe ses propres additifs. La société se positionne sur un segment premium, c’est-à-dire qu’en plus de répondre aux spécifications internationales, Total apporte des caractéristiques supérieures aux produits commercialisés sous sa marque.

 

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Total dans un souci de préservation de l’environnement possède aussi des participations dans différentes sociétés activent dans le domaine de l’énergie solaire ou de la biomasse. De plus, afin de rester compétitive 1.1 milliards de dollars sont annuellement investis dans les départements R&D.

Lors de notre journée de visite, nous avons ces différents services :

Au département chimie des procédés : il a été mis en avant que Total produisaient des molécules renouvelables depuis 2016. Pour les développer il existe deux types d’approche. Soit la synthèse est connue et ensuite l’on recherche les applications, soit, il existe un retour du service marketing et la molécule est développée de manière à satisfaire le client.

Ce service procède aussi au design de molécules par méthode numérique : à l’aide de base de données, il est possible d’étudier les futurs caractéristiques de la molécule, la synthèse ainsi que les différents rendements chimiques et thermodynamiques. Ce service dispose aussi d’une unité pilote d’hydrogénation. Elle est composée de trois réacteurs pouvant opérer en série ou en parallèle. Ces réacteurs fonctionnent à co-courant dans une gamme de pression allant de 5 à 180 bar avec un débit de H2 allant de 10 à 500 l/h pour un volume de catalyseur de 40 cl s’il n’est pas dilué.

 

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Nous avons aussi visité le département de chimie analytique. La vocation de celui-ci est de pouvoir caractériser les produits achetés auprès des additiveurs (producteurs d’additif) mais aussi de pouvoir étudiés les additifs utilisés par la concurrence. Au sein de ce département les techniques d’analyse sont réparties à travers différentes unités :

  • surface group : Techniques spectroscopiques UV/Raman, x-ray fluorescence (XRF) et microscopie
  • screening analysis group : Analyses thermogravimétriques et électrochimiques
  • seperation techniques group : Procédés chromatographiques (LC et GC)
  • structural analysis group : RMN et spectrométrie de masse.

Nous avons visité ensuite le laboratoire qui développe les additifs. Ceux-ci permettent d’amener diverses performances aux carburants. La philosophie de Total en termes d’additif est de vendre un carburant de type “keep clean” et “clean up”. L’utilisation de ce type de carburant permet selon la marque de conserver un moteur de qualité. Ils en font la démonstration en présentant ces deux buses d’injection [figure 1]. Celle de gauche ayant été injecté un carburant non additivé et celle de droite ayant injecté un carburant additivé.

 

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Enfin, nous sommes passés par le banc d’essais moteurs. Cet atelier poursuit plusieurs buts :

  • Valider les formulations proposées par les chimistes en terme de cocktail d’additifs
  • Mesurer l’encrassement : l’expérience se déroule à régime élevé et permet de mesurer l’usure des pièces. En effet, celles-ci sont préalablement traitées afin qu’il soit possible d’en mesurer l’usure via le suivi d’un élément radioactif. Le laboratoire est aussi capable de mesurer les débits hydrauliques au sein des injecteurs afin de le comparer à un injecteur standard. Cette mesure permet d’évaluer l’effet “keep clean” et “clean up” du carburant.
  • Mesurer l’endurance : l’expérience est menée pendant 100 heures à pleine charge. Ensuite, l’aspect visuel des pièces est inspecté.
  • Mesurer la lubrification : Pour réaliser cette expérience, le moteur est entraîné à l’aide d’une génératrice ce qui permet de mesurer le couple nécessaire à la mise en mouvement du moteur.

 

REMERCIEMENTS

Nous sommes très reconnaissants pour la qualité de l'accueil qui nous a été réservée à chacune de nos visites, ainsi que pour le temps précieux qui nous a été consacré. Les étudiants ont été très favorablement impressionnés, tant par la disponibilité et la gentillesse des intervenants, que par les équipements et la visite au plus près des installations. Nos étudiants s’associent donc individuellement à ces remerciements adressés à nos hôtes.

Le fait d'avoir été guidés, à chaque étape de la visite, par des responsables techniques ou des opérateurs expérimentés connaissant parfaitement leur domaine, leur aura permis d'appréhender la diversité des métiers de la chimie, même au sein d’une même société. Les exposés tout au long de la visite ont donc entièrement répondu à nos attentes.

La formation qu'a constituée cette visite est un complément indispensable à l'enseignement théorique et à la formation pratique de laboratoire que les étudiants acquièrent à la Haute Ecole Lucia de Brouckère durant leurs cinq années d'études. Très certainement un gage de qualité à perdurer.

 

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