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[Enquête] : La flow chemistry pour relocaliser la chimie fine

[Enquête] : La flow chemistry pour relocaliser la chimie fine

© Nicolas Robin

Les technologies en continu ont fait des progrès considérables au niveau industriel. A tel point que les acteurs de la chimie fine s'y intéressent de plus en plus dans l'optique d'optimiser leurs procédés existants en batch ou pour leurs nouveaux projets d'usine. Le tout sur fond de relocalisation de la production de certaines molécules stratégiques sur notre territoire.

Face aux enjeux de sécurité, de performance industrielle ou d'impact environnemental, l'optimisation des procédés s'inscrit dans le quotidien des industriels de la chimie fine. Cependant, les gains significatifs sur les procédés en batch traditionnellement utilisés dans ce domaine de la chimie étant de plus en plus minces, certains acteurs étudient l'opportunité de recourir à des technologies moins répandues. Parmi celles-ci, nous retrouvons les procédés de chimie en flux (ou flow chemistry) qui sont employés depuis des décennies en pétrochimie. « La chimie fine et la pharmacie se sont récemment beaucoup plus intéressées à l'intensification de procédés, en raison d'une clarification des guidelines au niveau de la FDA depuis février 2019 », explique Frédéric Schab, directeur Innovation de Seqens. De son côté, Laurent Pichon, président de la Maison européenne des procédés innovants (Mepi), mentionne un autre paramètre pour expliquer cet intérêt croissant pour la chimie en flux : « Avec le market pull enclenché depuis deux ans par les industriels pour ces technologies en flux continu, les équipementiers proposent des solutions technologiques ayant une maturité plus élevée pour répondre aux attentes ».

Lever les limites des procédés en batch

Et les avantages des technologies de flow chemistry sont nombreux. D'une part, elles permettent de rendre le procédé plus sûr. « Les volumes de réactifs et la taille des installations sont plus réduits que pour des procédés en batch, ce qui permet de mieux circonscrire l'étendue de la zone de danger », indique Philippe Robin, président et cofondateur d'Alysophil, expert de la conception de solutions innovantes pour la production de molécules. La chimie en flux aide également à reconsidérer l'usage de réactions complexes ou risquées telles que la phosgénation, les réactions de nitration, etc. De plus, les équipements en flux continu permettent de réaliser des opérations unitaires, avec plus d'efficacité, comme le détaille Frédéric Schab (Seqens) : « La chimie en flux permet de mieux maîtriser la stoechiométrie et la sélectivité lors d'une réaction de synthèse. De la même façon, une opération de séparation s'avère plus efficace en continu qu'en batch. C'est ainsi que nous sommes parvenus à remplacer sur une ligne six étapes de séparation liquide-liquide en batch par une seule opération en continu ». Autre illustration avec un cas évoqué par Jean-Baptiste Guillermin, Head Process Development chez Novasep pour le site de Chasse-sur-Rhône : « Au sein de notre groupe, nous nous intéressons depuis plusieurs années aux opérations en continu, telles que la chromatographie pour la production d'API. Ces technologies de flow chemistry, appliquées à la réaction chimique, peuvent accroître la productivité de certaines réactions : par exemple, pour des réactions de lithiation ou d'oxydation gaz/liquide, les capacités d'échanges thermiques accrues permettent de travailler à des concentrations 30 à 40 % fois plus importantes ». Et l'amélioration des rendements ne se limite pas à certaines étapes de la production. « Les études montrent qu'en intégrant trois étapes unitaires en continu, il est possible d'avoir un vrai gain de productivité de l'ordre de 15 à 20 % », note Dominique Audoux, directeur technique de Seqens. Un rendement accru qui se traduit également par des gains opérationnels, notamment sur les achats de matières premières et d'énergie ou sur la maintenance. En outre, les technologies de chimie en flux sont moins délétères pour l'environnement. « Les unités de flow chemistry peuvent, par exemple, permettre d'utiliser moins de solvants. De plus, les échanges thermiques sont bien meilleurs, ce qui réduit unitairement les besoins en énergie», précise Philippe Robin (Alysophil).

Sauter le pas de l'investissement

Si la flow chemistry présente des avantages indiscutables par rapport aux procédés traditionnels, elle ne s'est pas pour autant démocratisée dans la chimie fine ou de spécialités en Europe. Cette situation s'explique notamment par l'état du parc industriel européen, comme le détaille Jean-Baptiste Guillermin (Novasep) : « En Europe, il subsiste de nombreuses unités de production en batch déjà installées. De plus, les projets d'investissements pour de nouvelles unités de production sont moins nombreux que dans d'autres régions comme l'Asie ou l'Amérique ». Des propos que confirme Alessandra Vizza, directrice Regional Business chez Corning : « Les marchés chinois ont déjà adopté la flow chemistry au niveau industriel. Les technologies de réacteur en flux de Corning sont fortement implantées en Asie, et leurs applications ne se limitent pas à la chimie pharmaceutique, mais concernent également les spécialités. En Europe, les industriels sont déjà en situation de surcapacité installée. Toutefois, plusieurs installations ont vu le jour, notamment pour de nouvelles chimies ou pour intensifier des procédés ». Une situation qu'explicite Gérard Guillamot, directeur scientifique chez Seqens : « La plupart des unités de production de chimie fine sont amorties en Europe et en France, et il est difficile d'inciter les industriels à réinvestir dans une unité dont l'amortissement prendra du temps ».

Une des pistes à étudier est d'effectuer une transition batch-flow lors des projets de dégoulottage d'unités. « Dans ce cadre, il est essentiel d'inclure les procédés continus au bon endroit, et de revoir la gestion des autres paramètres de la ligne de production (matières premières, énergie, opérateurs, etc.) », souligne Frédéric Schab (Seqens). Outre les projets de dégoulottage, il est possible également de cibler des industriels qui ne possèdent pas encore d'outil de production. « Les start-up et les PME sont une autre porte d'entrée pour les équipementiers. En effet, les unités de chimie en flux s'avèrent moins onéreuses à l'achat que des lignes en batch. D'autant plus qu'elles sont plus adaptées à la production de petites séries ou à la R&D », indique Laurent Drummer, responsable marketing Europe chez De Dietrich Process Systems. En outre, la flow chemistry et les procédés traditionnels en batch ne sont pas forcément antinomiques. « Les procédés de flow chemistry aident les industriels à être flexibles dans leur production. Présentant l'avantage d'être moins coûteuses en investissement et en temps, ces unités plus compactes peuvent se greffer sur une ligne existante lors d'un pic d'activité », explique Dominique Audoux (Seqens). De son côté, Philippe Robin (Alysophil) est persuadé que la chimie en flux va peu à peu s'imposer : « Au regard de l'agilité qu'elle peut procurer, la flow chemistry pourrait même faire évoluer le secteur de la chimie vers un modèle Chemical as a Service ».

Inscrire la chimie en flux dans la culture scientifique

Pour favoriser une plus grande démocratisation des technologies en continu, il semble nécessaire de faire perdre « le réflexe du raisonnement en batch » fortement ancré dans cette industrie conservatrice qu'est la chimie. « La chimie en flux doit être plus intégrée au niveau académique, dès les parcours pédagogiques des étudiants et les travaux de recherche publique », insiste Philippe Robin (Alysophil). Si cela risque de prendre du temps, la tendance paraît aller dans le bon sens, à l'instar du déploiement, en septembre 2019, de la plateforme Paris Flow Tech de l'Université PSL (voir encadré). « La chimie en flux fait l'objet d'un intérêt croissant de la part des équipes de recherche académique. La preuve avec la proportion d'articles de plus en plus importante de la chimie en continu dans des revues scientifiques faisant référence dans le développement de procédés », affirme Jean-Baptiste Guillermin (Novasep). L'essor du « terreau culturel » de la flow chemistry au niveau académique devrait ainsi bénéficier à terme aux acteurs de la chimie fine et de spécialités. En effet, l'arrivée de jeunes ingénieurs experts des procédés en continu au sein des effectifs devraient ainsi favoriser un raisonnement davantage orienté flow chemistry.

À l'heure où la question de la souveraineté industrielle est devenue une priorité, dans un contexte de crise de Covid-19, l'essor actuel de la flow chemistry constitue une réelle opportunité pour une relocalisation des activités chimiques clés. Et la chimie fine ne fait pas exception. « Les industriels ne doivent pas louper le coche de la relocalisation des activités chimiques. Que ce soit pour des lignes combinant procédés batch et continus ou des unités intégralement en flow chemistry, les industriels français doivent prendre le risque pour rester compétitifs sur le marché mondial », souligne Frédéric Guichard, directeur Business Development chez De Dietrich. Reste à savoir si les acteurs concernés franchiront le pas.

 

Paris Flow Tech, futur écosystème sur la chimie en flux

Le 27 septembre 2019, le projet Paris Flow Tech de l'université PSL (Chimie ParisTech, ESPCI Paris, Mines ParisTech) a été retenu dans le cadre de l'appel à projets Sesame Filières PIA. Ce programme vise à créer une plateforme technologique de chimie en flux continu pour répondre à la demande en procédés plus sûrs et durables. Doté d'un budget de 4,3 millions d'euros, cet écosystème Paris Flow Tech a pour ambition fournir des technologies de rupture à destination d'entreprises (PME, ETI, grands groupes) de différents domaines de la chimie (chimie fine, pharmacie, matériaux, etc.). La future plateforme souhaite héberger « un nouveau mode de collaboration entre partenaires industriels - désireux de valider des méthodes innovantes - et chercheurs - développant des procédés et technologies innovants ». Outre ses propres équipements, l'écosystème Paris Flow Tech pourra s'appuyer sur les plateformes technologiques de l'Institut Pierre-Gilles de Gennes (IPGG) et le plateau analytique de Chimie ParisTech.

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