2021-2022 / CHIM9320-1

Introduction au génie de la réaction chimique

Durée

24h Th, 24h 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

Nathalie Job, Dominique Toye

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue française

Organisation et évaluation

Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier

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

Le cours comporte deux parties : - 1ère partie : Cinétique chimique - 2ème partie : Introduction aux réacteurs
La création du cours fait suite à un remaniement de programme de l'option chimie du bachelier Ir civil et du master Ir civil en chimie et science des matériaux. Afin d'assurer l'acquisition de l'ensemble des compétences visées à l'issue de la formation des Ir civil en chimie et science des matériaux, un aménagement transitoire du contenu du cours est prévu pour les étudiants qui ont déjà acquis les compétences liées à la première partie du cours (cinétique) dans le cadre du cours "Introduction au génie chimique et aux procédés industriels" (CHIM xxx). Ces étudiants sont invités à suivre les activités organisées dans le cadre du cours "Procédés de chimie industrielle, structure de l'industrie chimiquee" (CHIM0081) (cours et évaluations). La note reçue dans ce cadre viendra compléter la note obtenue pour la partie réacteurs. Les engagements pédagogiques du cours CHIM0081 sont disponibles ici.
La première partie du cours couvre l'étude des processus cinétiques de la réaction chimique. Il a pour but de faire le lien entre le mécanisme des réactions chimiques et l'expression de leur vitesse. Il contient les notions suivantes :


  • Définition de la vitesse de réaction
  • Forme de l'équation de vitesse
  • Etapes élémentaires
  • Hypothèse de l'état stationnaire
  • Analyse cinétique des séquences réactionnelles (ouvertes/fermées, catalytiques, en chaîne,...)
  • Etape limitante
  • Exemples en catalyse et catalyse enzymatique
La seconde partie du cours porte sur les réacteurs chimiques. Il introduit les concepts fondamentaux nécessaires au calcul des performances et au dimensionnement des réacteurs chimiques homogènes isothermes.    De manière générale, les aspects abordés sont :


  • Classification et méthodologie d'étude des réacteurs chimiques.
  • Analyse et synthèse du fonctionnement des réacteurs chimiques homogènes idéaux.
  • Cas d'une seule ou de plusieurs réactions. Problèmes de dimensionnement et de sélectivité.
  • Analyse de la multiplicité et de la stabilité des états de fonctionnement.
 
 

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

Partie I : Cinétique
A l'issue du cours, les étudiants auront acquis les notions permettant:
-  de déterminer l'équation de vitesse d'une réaction à partir d'un mécanisme de réaction, et vice-versa.
- de calculer des paramètres cinétiques ou thermodynamiques (énergie d'activation, enthalpie et entropie d'adsorption) à partir de données cinétiques.
L'apprentissge sera réalisé via des séances d'exercice encadrées et au travers de la réalisation d'un travail de groupe (par deux étudiants) concernant l'analyse d'un article scientifique récent dans le domaine de la cinétique chimique.
  Partie II : Réacteurs
Les étudiants seront capables de :

  • comprendre et exploiter les concepts théoriques et la méthodologie constituant le fondement du calcul des réacteurs chimiques isothermes,
  • utiliser cette méthodologie pour concevoir et dimensionner un réacteur à l'échelle industrielle réalisant une production donnée sur base de données cinétiques et thermodynamiques obtenues au stade laboratoire
Les applications numériques aideront les étudiants à développer des compétences plus transversales comme l'aptitude à travailler en équipe et à résoudre des problèmes numériques, ainsi qu'à évaluer la validité d'une approche théorique et à rédiger un rapport .
 
 

Savoirs et compétences prérequis

Connaissances de base en chimie et en thermodynamique.

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

Partie I : Cinétique
Le cours comprend des séances "ex-cathedra" (théorie, 20h) et des travaux pratiques (résolution de problèmes type, 15h).
Un travail personnel (par groupe de deux étudiants) sera réalisé: analyse d'un article scientifique récent, publié dans une revue internationale (en anglais) portant sur le mécanisme d'une réaction et la détermination de son équation de vitesse.
Des séances de questions-réponses facultatives seront proposées aux étudiant au cours du quadrimestre (pour les deux parties du cours). Un soutien pédagogique sera également disponible pour la réalisation du projet (1 assistant et 1 étudiant moniteur).
Partie II : Réacteurs
Le cours est principalement organisé sous forme de classes inversées, complétées par des séances de discussions et d'exercices dirigés et des travaux personnels.
Un planning d'apprentissage sera proposé aux étudiants. Les étudiants devront préparer une matière théorique définie avant chaque séance de discussion. La compréhension de la matière sera vérifiée sur base de questions (PLQ = Pre Lecture Quizz) dont la réponse devra être soumise, par chaque étudiant au plus tard la veille du cours.
Les séances de discussions seront consacrées à la discussion des concepts fondamentaux nécessaires au calcul des performances et au dimensionnement des réacteurs chimiques homogènes. Toute la matière théorique assignée doit être maîtrisée même si elle n'a pas l'objet d'une présentation spécifique lors des séances de discussion.
Pendant les séances d'exercices, les étudiants résolvent individuellement, mais de manière encadrée, des problèmes relatifs au calcul des réacteurs chimiques homogènes.
Les travaux personnels portent sur la résolution numérique de réacteurs, avec des applications de complexité croissante (bilans de matière et de chaleur).
La réponse aux questions (PLQ) et la réalisation des travaux personnels sont obligatoires.
Une séance de questions-réponses portant sur l'ensemble de la matière est proposée aux étudiants à la fin du quadrimestre. D'autres séances pourront être programmées en cours de quadrimestre. Le calendrier de ces séances sera fixé en concertation avec les étudiants
 
IMPORTANT : Mesures transitoires 
La création du cours fait suite à un remaniement de programme de l'option chimie du bachelier Ir civil et du master Ir civil en chimie et science des matériaux. Afin d'assurer l'acquisition de l'ensemble des compétences visées à l'issue de la formation des Ir civil en chimie et science des matériaux, un aménagement transitoire du contenu du cours est prévu pour les étudiants qui ont déjà acquis les compétences liées à la première partie du cours (cinétique) dans le cadre du cours "Introduction au génie chimique et aux procédés industriels" (CHIM xxx).
Ces étudiants sont dispensés de la première partie du cours. Ils sont invités à participer aux activités (cours, évaluation) organisées dans le cadre du cours "Procédés de chimie industrielle, structure de l'industrie chimiquee" (CHIM0081). La note reçue dans ce cadre viendra compléter la note obtenue pour la partie réacteurs pour le calcul de la note finale. Les engagements pédagogiques du cours CHIM0081 sont disponibles ici.
 
 

Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)

Combinaison d'activités d'apprentissage en présentiel et en distanciel


Explications complémentaires:

Partie I : Cinétique
Présentiel
Partie II : Réacteurs
Hybride


 
 

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Partie I : cinétique
La copie des transparents du cours théorique et les notes relatives aux travaux pratiques sont disponibles via eCampus pour l'ensemble du cours.
  Livre de référence (Cinétique) : M. Boudart - Kinetics of chemical processes
Partie II : réacteurs
Le livre de référence pour le cours est :
Elements of Chemical Reaction engineering, 5th Edition, H.Scott Fogler
Des documents complémentaires (énoncés de devoirs, notes de laboratoire, copie des transparents du cours théorique) seront également disponibles via eCampus au fur et à mesure de l'avancement du cours.
 

Modalités d'évaluation et critères

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation écrite ( questions ouvertes ) ET évaluation orale

Travail à rendre - rapport


Explications complémentaires:

Examen oral/écrit en janvier. Les travaux réalisés sont pris en compte pour l'évaluation.
  Partie I : Cinétique (60% de la note finale)
Travail personnel (rapport écrit par groupes de 2 étudiants et défense orale individuelle le jour de l'examen) - 40% de la note finale de la Partie I.
Examen écrit (résolution d'exercices similaires à ceux vus en TD) + oral (question de théorie) - 60% de la note finale de la Partie I.
A noter que les dates de remise des rapports écrits sont fixées dès le début. Tout retard entraîne une pénalité de 2 points/jour (week-end compris) sur la note finale du projet. La réalisation du travail est obligatoire et conditionne l'accès à l'examen de juin.
Partie II : Réacteurs (40% de la note finale)
L'examen comporte une épreuve orale portant sur la théorie et la méthodologie de résolution des problèmes. Chaque étudiant reçoit des questions dont il prépare la réponse par écrit (sur papier) avant de venir la présenter oralement.
L'évaluation porte essentiellement sur la compréhension des concepts et des liens existant entre eux plutôt que sur la capacité de restitution. L'élaboration d'un raisonnement précis implique cependant une solide maîtrise des concepts théoriques.
La note globale est obtenue en pondérant les notes de l'épreuve orale (55%), des travaux personnels (25%), des réponses aux PLQ (15%) et de la participation en classe (5%).
L'examen de seconde session est organisé de la même manière que l'examen de janvier.
A noter : les épreuves orales se déroulent à livre fermé et sans calculatrice.
La réponse aux questions (PLQ) et la réalisation des travaux personnels sont obligatoires. Les étudiants qui n'ont pas rendu au moins 80% des réponses aux PLQ ou qui n'ont pas réalisé au moins 80% des devoirs  ne seront pas autorisés à présenter l'examen en janvier.
En septembre, les notes des travaux personnels et des PLQ sont conservées. En cas de participation insuffisante, la/les notes relatives aux parties concernées sont mises à 0/20.  
IMPORTANT : Mesures transitoires 
La création du cours fait suite à un remaniement de programme de l'option chimie du bachelier Ir civil et du master Ir civil en chimie et science des matériaux. Afin d'assurer l'acquisition de l'ensemble des compétences visées à l'issue de la formation des Ir civil en chimie et science des matériaux, un aménagement transitoire du contenu du cours est prévu pour les étudiants qui ont déjà acquis les compétences liées à la première partie du cours (cinétique) dans le cadre du cours "Introduction au génie chimique et aux procédés industriels" (CHIM xxx).
Ces étudiants sont dispensés de la première partie du cours. Ils sont invités à participer aux activités (cours, évaluation) organisées dans le cadre du cours "Procédés de chimie industrielle, structure de l'industrie chimiquee" (CHIM0081). La note reçue dans le cadre de ce cours CHIM0081 viendra compléter la note obtenue pour la partie réacteurs pour le calcul de la note finale. Les engagements pédagogiques du cours CHIM0081 sont disponibles ici.  
 
 
 

Stage(s)

Néant

Remarques organisationnelles

Le cours est organisé pendant le premier quadrimestre (vendredi matin)
Il consiste en des séances de cours théoriques et en des séances d'exercices.
Cours en français.

Contacts

Part I : Cinétique
Prof. Nathalie JOB Tél : 04/366.35.37 Nathalie.Job@uliege.be
Partie II : Réacteurs
Prof Dminique TOYE Tél : 04/366.35.09 Dominique.Toye@uliege.be