Génie chimique

Définition de l'énergie. Notions de base sur l'énergie. Les différentes sources primaires de l'énergie. Énergies fossiles: charbon, pétrole, gaz naturel. Énergie nucléaire. Énergies renouvelables : énergie hydraulique, énergie éolienne, énergie solaire, biomasse, énergie géothermale, énergie des déchets, fusion thermonucléaire. Notion de vecteur énergétique : électricité, chaleur, cogénération et trigénération, hydrogène, piles à combustible. Production, stockage, transport et utilisation de l'énergie. Rendement, coût et efficacité énergétique selon le type de sources. Relation entre source d'énergie et type de pollution. Gestion de l'énergie : avantages et inconvénients de la déréglementation de la distribution de l'électricité en Amérique du Nord. Énergie et recyclage des déchets. Économies d'énergie, perspectives d'avenir.

Structure des cellules eucaryotes et procaryotes, expression des gènes, fonction des organelles, transport transmembranaire, cytosquelette, matrice extracellulaire, interactions cellulaires et systèmes multicellulaires. Biologie moléculaire, vecteurs d'expression, clonage, transformation et transfection. Voies de signalisation, différenciation cellulaire, technologies associées à la modification et à la caractérisation des cellules.

Analyse des procédés et identification des variables de procédés. Développement durable : historique, concepts et outils de base. Méthodologies des bilans de matière, d'énergie et des impacts environnementaux. Principaux concepts de chimie physique intervenant dans les bilans vus à travers trois procédés réels : synthèse de l'ammoniac, centrale thermique de Polytechnique et piles à combustible. Concepts: gaz réels, équilibres chimiques, équilibres des phases, humidité, thermochimie, combustion, cinétique, électrochimie et impacts des rejets sur l'atmosphère et l'hydrosphère. Interprétation des bilans sur les trois procédés selon les critères du développement durable.

Introduction aux problèmes environnementaux et au développement durable. Impact des activités humaines et industrielles, sources de pollution majeures, normes d'émissions, étude d'impact, Bureau d'audiences publiques sur l'environnement (BAPE). Types d'énergie primaires et secondaires et problématiques associées. Bilans d'énergie et d'émissions de gaz à effet de serre (GES) autour de processus. Pensée cycle de vie, système de produit, échange de flux de matière et d'énergie, chaîne d'approvisionnement. Définition d'une unité fonctionnelle et des frontières d'un système. Calcul de bilans d'énergie et d'émissions de GES d'un système. Introduction à l'analyse du cycle de vie (ACV), exemples d'application et interprétation des résultats. Outils simplifiés d'évaluation environnementale. Analyse de points chauds, identification des opportunités d'amélioration des aspects environnementaux. Stratégies de conception environnementale. Normes et outils d'application de la conception environnementale. Incitatifs internes et externes, études de cas d'application de la conception environnementale en entreprise. Chimie verte et écologie industrielle.

Propriétés physiques et chimiques des alcanes et alcènes. Acides et bases. Réactions d'addition, de réarrangement, d'élimination et de substitution appliquées aux composés halogénés et cycliques. Stéréochimie et activité optique. Spectroscopie infrarouge, spectroscopie de masse et spectroscopie par résonance magnétique nucléaire. Applications industrielles.

Bilans de matière et d'énergie sur des procédés en régime permanent résolus à partir de systèmes d'équations algébriques linéaires et non linéaires. Méthodes de résolution numérique et méthodes directes et itératives pour la résolution de ces systèmes d'équations algébriques. Bilans de matière et d'énergie sur des procédés en régime transitoire résolus à partir de systèmes d'équations différentielles ordinaires. Réconciliation de données sur des bilans au moyen de l'optimisation sous contrainte. Introduction aux phénomènes d'échanges, aux équations aux dérivées partielles associées et aux méthodes numériques classiques de résolution. Simulation de phénomènes d'échanges simples par les méthodes des différences finies, des éléments finis et des volumes finis. Outils d'analyse des résultats numériques : interpolation et intégration. Cycle de la modélisation. Erreurs de modélisation. Vérification et validation. Notions de calcul haute performance.

Méthodes expérimentales et instrumentation utilisées en milieu industriel. Techniques de mesure de base incluant les mesures électriques, de pression, de débit, de température et de niveau. Techniques d'acquisition de données. Analyse de données expérimentales. Erreurs et incertitudes : définitions, calibration, dimensions, unités, causes. Concepts de plans d'expériences : définitions et applications. Méthodes de mesures analytiques: chromatographie en phase gazeuse et sonde d'oxygène dissous.

Définition et analogie des lois fondamentales de transfert de quantité de mouvement, de transfert de chaleur et de masse. Bilans différentiels et solutions de problèmes simples en régime laminaire. Turbulence et contraintes de Reynolds. Fluides non-newtoniens et modèles rhéologiques. Développement et applications des équations d'échanges dans les trois domaines de transfert. Nombres adimensionnels caractérisant chaque type de transfert. Transferts diffusif et convectif. Équations d'échanges pour systèmes à multi-composants. Analyse de problèmes plus complexes à l'aide de logiciels de simulation.

Principes fondamentaux de l'intégration des procédés pour une utilisation efficace de l'énergie dans l'industrie. Prétraitement et analyse multivariée de données. Échangeurs de chaleur et fluides caloporteurs. Systèmes industriels de production de vapeur, de réfrigération et de compression : principaux équipements et possibilités de récupération d'énergie. Conception optimale de réseaux d'échangeurs de chaleur par analyse de pincement. Optimisation des systèmes industriels de cogénération. Analyse critique de travaux sur l'efficacité énergétique. Utilisation de logiciels de pointe pour l'analyse énergétique des procédés industriels et leur optimisation. Études de cas pratiques tirées de diverses industries.