2019-2020 / CHIM0009-3

Thermodynamique chimique appliquée

Durée

26h Th, 26h Pr

Nombre de crédits

 Bachelier en sciences de l'ingénieur, orientation ingénieur civil5 crédits 
 Master : ingénieur civil en chimie et science des matériaux, à finalité5 crédits 

Enseignant

Marie-Noëlle Dumont, Nathalie Job, Grégoire Léonard

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue française

Organisation et évaluation

Enseignement au deuxième quadrimestre

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Partie I : Corps purs
Le cours passe en revue les méthodes permettant l'évaluation des propriétés physiques et thermodynamiques de corps purs. Après un rappel des fonctions thermodynamiques et leur évaluation pour le gaz parfait, on met en évidence les relations PVT (équations d'état) et les concepts de grandeurs résiduelles. Les principales méthodes de prédictions de propriétés thermodynamiques des corps purs sont examinées (états correspondants, contributions de groupes), avant de présenter les principales familles d'équations d'état.
 
Partie II: Mélanges
La 2ème partie du cours passe en revue les méthodes permettant l'évaluation des propriétés physiques et thermodynamiques des mélanges de différentes substances (par exemple, un mélange eau-alcool).  Tout d'abord, les grandeurs nécessaires à la caractérisation d'un tel mélange sont rappelées et précisées : grandeurs molaires partielles, potentiels chimiques, fugacités, activités, coefficients de non-idéalité, grandeurs de mélange et d'excès.
La description des équilibres multiphasiques est ensuite présentée sur base de ces grandeurs. Les équilibres liquide-vapeur sont explorés en détail, et les systèmes liquide-liquide sont également abordés. Pour la description de tels mélanges, deux méthodes principales sont présentées: Equations d'état, et méthodes à coefficient d'activité. Le choix de la méthode s'effectuant en fonction des applications, des exemples seront donnés. Les principales familles d'équations d'état sont examinées et les règles de mélange sont décrites pour permettre leur utilisation dans le cas de systèmes multi-composés. Les méthodes à coefficients d'activités sont également parcourues en détails, en mentionnant entre autres les méthodes aux compositions locales.
Enfin, les grandeurs thermochimiques caractérisant les réactions sont présentées et des méthodes concernant leur prédiction sont proposées. L'évaluation des équilibres chimiques est également discutée.

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

Part I : Corps purs
Acquérir les notions permettant d'évaluer pratiquement des grandeurs thermodynamiques à partir de données incomplètes, et de choisir les méthodes les plus appropriées dans la panoplie offerte par les logiciels de calcul. Apprécier la précision et la fiabilité de ces méthodes d'estimation.
 
Part II : Mélanges
Le cours vise à acquérir les notions permettant d'évaluer pratiquement les grandeurs thermodynamiques de systèmes chimiques afin de permettre leur utilisation dans un modèle de procédé.
Au terme de ce cours, les étudiants devront être capables d'identifier les grandeurs thermodynamiques nécessaires à la modélisation d'un système chimique multi-composés, de maîtriser les relations qui les unissent et de justifier leur utilisation pour le génie des procédés. Ils seront également capables d'estimer ces grandeurs à partir de la littérature, de proposer des pistes s'ils sont confrontés à des données incomplètes, et de choisir les méthodes les plus appropriées pour leur évaluation parmi celles proposées par les logiciels de modélisation de procédés. Ils devront également être capables d'apprécier la précision et la fiabilité de ces méthodes d'estimation.

Savoirs et compétences prérequis

Chimie (CHIM9272-2 et CHIM9273-1) 
Eléments de thermodynamique (CHIM0286-1)

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

L'enseignement alterne cours ex cathedra et travaux dirigés où les étudiants doivent résoudre les exercices avec le support de l'encadrant. Lors des travaux dirigés, les concepts vus au cours seront illustrés, notamment par le calcul manuel de quelques propriétés au moyen de différentes méthodes et la résolution de problèmes-types (bilan enthalpiques sur systèmes ouverts pour des fluides réels, détermination de conditions d'équilibre, systèmes azéotropiques...).

Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance)

Cours théorique 2h/semaine au 2eme quadrimestre (présentiel). 13 séances
Travaux pratiques 2h/semaine, en parallèle avec le cours théorique (présentiel). 13 séances

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Ouvrages de référence recommandés :


  • Vidal, 1997. Thermodynamique, application au génie chimique et à l'industrie pétrolière. Editions Technip, IFP.
  • C. De Hemptinne, J. M. Ledanois, P. Mougin, A. Barreau, 2012. Select Thermodynamic Models for Process Simulation, a Practical Guide using a Three Steps Methodology. Editions Technip, IFPEn.
De plus, des transparents (pdf), des illustrations de concepts par des feuilles Excel et certains logiciels de calcul sont accessibles sur le portail eCampus, de même que les énoncés et les corrigés des travaux dirigés

Modalités d'évaluation et critères

  • Une demi-journée d'examen écrit incluant les corps purs et les mélanges.
  • Aucune dispense partielle n'est accordée d'une session à l'autre.
  • Les 4 parties évaluées (théorie corps purs, théorie mélange, exercices corps purs et exercices mélanges), valent chacune pour 25% de la note totale. Le cours ne peut être réussi que si une note minimale de 8/20 est atteinte pour chaque partie.

Stage(s)

Remarques organisationnelles

Encadrement pour la partie corps purs : Nathalie Job
Encadrement pour la partie mélanges: Grégoire Léonard
Encadrement pour la partie Travaux dirigés : Marie-Noëlle Dumont

Contacts

Nathalie JOB, Department of Chemical Engineering, Institut de Chimie B6a Phone : 04 366 3537 ; Email : nathalie.job@uliege.be
Grégoire LEONARD, Department of Chemical Engineering, Institut de Chimie B6a Phone : 04 366 3513 ; Email : g.leonard@uliege.be
Marie-Noëlle DUMONT, Department of Chemical Engineering, Institut de Chimie B6a Phone : 04 366 3523 ; Email : mn.dumont@uliege.be
 

Adaptation des engagements pédagogiques suite à la pandémie de COVID-19 pour la session de mai-juin

Méthodes d'apprentissage mises en œuvre : enseignement à distance

Partie I: Corps purs
Les 5 premières séances de cours et de TD ont eu lieu en présentiel. La matière associée a donc été dispensée de manière normale.
Les deux dernières séances de cours, concernant:
- les corrélations découlant de la loi des états correspondants (cours 6);
- les équations d'état (cours 7);
ont fait l'objet respectivement:
- d'un document explicatif détaillé reprenant l'utilisation des différentes techniques de calcul (notamment via les tables de Hougen Watson ou de Lee Kesler);
- d'une version audio-commentée des diapositives du cours.
L'ensemble a été communiqué aux étudiants via e-Campus. Concernant les TD relatifs aux deux derniers cours, les énoncés et corrigés sont également disponibles.

Un calendrier de travail détaillé a été communiqué aux étudiants. Enfin, la matière est discutée entre les étudiants et les encadrants (N. Job et M.-N. Dumont) via des rendez-vous Skype; prioritairement le lundi après-midi (heure normale du cours). Les encadrants restent disponibles jusqu'à la fin du quadrimestre pour ces séances (sauf lundi 13/04).
 
Partie II: Mélanges:
Les cours n'étant plus assurés en présentiels, la matière est à voir par les étudiants. Pour ce faire, les slideshow (powerpoints) des cours sont transmis hebdomadairement aux étudiants, le jour prévu des cours. L'utilisation de ppt plutôt que de pdf permet aux étudiants d'accéder aux commentaires en bas de slides qui ont été revus et étoffés pour permettre une compréhension des slides. Les ouvrages de référence ont été recommuniqués aux étudiants. Enfin, un syllabus est disponible pour ce cours, permettant aux étudiantde bien suivre la matière. Un forum ecampus a également été mis en place pour les questions des étudiants.
Les exercices et leur résolutions sont également transmis aux étudiants les jours prévus d'exercices. Les encadrants restent disponibles jusqu'à la fin du quadrimestre pour des séances de questions-réponses, en priorité les lundis après-midi (plage horaire initialement prévue pour le cours).

Matière de l'évaluation

Partie I : Corps purs
La matière théorique ne change pas par rapport à la situation normale, à l'exception du Chapitre 4 (à voir uniquement jusqu'à la diapositive 65). Les techniques de calcul à voir sont les mêmes que précédemment.
Les TD restent identiques (énoncés et solutions disponibles sur e-Campus).
 
Part II: corps purs
Etant donné le racourcissement du quadrimestre (perte du lundi 11 mai, le lundi de la semaine de récupération de Pâques étant déjà prévu pour récupérer le lundi de carnaval), la partie mélange comporte 5 séances de cours théoriques au lieu de 6. En conséquence, le dernier chapitre du cours (thermodynamique des réactions chimiques) qui rappelait la matière de bac et préparait aux tâches du projet intégré de master 1 (PROJ0012) est supprimé. Il est actuellement prévu qu'une session de rattrapage soit organisée dans le cadre du projet intégré PROJ0012 à l'automne 2020 pour les étudiants qui suivront ce projet. Le reste de la matière demeure inchangé.

Méthodes d'évaluation

Partie I: Corps purs
- la partie "exercice" de l'examen écrit est remplacée par un devoir individuel en deux parties, la première à remettre pour le 12/04, la seconde pour le 8/05 (après correction et feed-back concernant la première partie). Les instructions détaillées ont été communiquées aux étudiants via e-Campus;
- la théorie sera évaluée via un examen oral individuel (par Skype ou autre moyen technique). L'évaluation s'appuiera sur le devoir réalisé et comprendra des questions de compréhension nécessitant une discussion de la théorie vue au cours.
Pondération:
- Devoir: 25% de la note finale du cours
- Examen oral: 25% de la note finale du cours
 
Partie II: Mélanges
- l'examen de théorie sera organisée sous forme orale individuelle à distance. L'évaluation comprendra des questions de compréhension nécessitant une discussion de la théorie vue au cours.
- l'examen d'exercices consistera en la résolution d'un ou plusieurs exercices individualisés. Cet examen aura lieu pour chaque étudiant lors de la session d'examen. Chaque étudiant aura un jour attribué (parmi les jours où l'examen oral sera organisé) pour faire l'exercice et envoyer la correction par email à l'adresse g.leonard@uliege.be.

Contact

Part I : Corps purs
Nathalie Job (Nathalie.Job@uliege.be)
Marie-Noëlle Dumont (MN.Dumont@uliege.be)
 
Part II: mélanges
Grégoire Léonard (g.leonard@uliege.be)
Marie-Noëlle Dumont (MN.Dumont@uliege.be)