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1/11 Syllabus Master Recherche GPE - Octobre 2012

Master Recherche Spcialit : Gnie des Procds et de lEnvironnement

INP TOULOUSE

INSA TOULOUSE

UPS TOULOUSE III

ECOLE DES MINES ALBI CARMAUX

Responsable de la formation Professeur Brigitte CAUSSAT

ENSIACET 4 alles Emile Monso 31432 Toulouse tl : 05.34.32.36.32 fax : 05.34.32.37.00 email : [email protected]

Correspondants pour les diffrents tablissements concerns

Nom

Qualit Section CNU/ CNRS

Etablissement et Coordonnes

Sverine CAMY Matre de confrences

62 INP TOULOUSE (ENSIACET) LGC Site Labge, 4 alles Emile Monso 31432 Toulouse tl : 05.34.32.37.13 fax : 05.34.32.37.00 email : [email protected]

Yolaine BESSIERE Matre de confrences

62 INSA TOULOUSE (dpartement GPE) 135, avenue de Rangueil, 31077 TOULOUSE Cedex tl : 05.61.55.97.63 fax : 05.61.55.97.60 email : [email protected]

Jean-Christophe REMIGY

Matre de confrences

62 UPS TOULOUSE III (UFR PCA) 31062 TOULOUSE Cedex tel : 05.61.55.76.18 fax : 05.61.55.61.39 email : [email protected]

Driss OULAHNA Professeur 62 ECOLE DES MINES ALBI CARMAUX RAPSODEE - UMR CNRS 2392 Campus Jarlard, route de Teillet - 81 013 ALBI Cedex tl :05.63 49 31 29, Fax : 05.63 49 30 25 email : [email protected]


Objectifs Le Master Recherche Gnie des Procds et de lEnvironnement a pour mission dinitier et de prparer aux mtiers de la recherche. Au cours de cette formation, les tudiants sont sensibiliss aux enjeux et aux ralits de la recherche dabord indirectement en assistant aux enseignements de chercheurs et denseignant-chercheurs (de 3 laboratoires et de 4 tablissements diffrents) puis directement par le biais dun projet et dun stage pratique. Les tudiants qui suivent cette formation peuvent se forger un projet de professionnel dans le domaine de la recherche acadmique ou priv. Les tudiants qui poursuivent en thse peuvent ainsi trouver un dbouch, lissue de la thse, soit dans les tablissements de recherche publique : enseignement suprieur, CNRS, INRA, soit dans les centres de R&D (recherche et dveloppement) privs des grands groupes industriels. La thse (ou doctorat) est un pr requis ou tout au moins un atout important pour postuler des postes dingnieur de recherche dans un centre de R&D. La thse ne doit pas tre considr comme une poursuite dtude mais comme une premire exprience professionnelle (autonomie, conduite de projet ...) qui amne un degr dexpertise, de nouvelles comptences et une ouverture linternational (CV original, carnet dadresse, relations ). Dans le cas o ltudiant ne poursuit pas son projet professionnel par une thse, le master Recherche amne ltudiant la connaissance du secteur de la recherche qui peut tre mise profit pour mener des activits en lien avec la recherche et linnovation technologique. Ce Master sadresse des ingnieurs ou des matres s sciences ou des tudiants ayant valid une premire anne de Master, et ayant dj des connaissances de base en gnie des procds (thermodynamique, cintique, informatique, phnomnes de transferts, oprations unitaires, bioprocds, traitement des eaux).


Prsentation gnrale

Pour les tudiants du cycle N (hors lves ingnieurs), la formation comprend, au premier semestre, une formation thorique de 200 heures assures par des chercheurs et enseignants-chercheurs des diffrents tablissements et un stage dinitiation la recherche en laboratoire au deuxime semestre. La formation thorique est compose de 7 units denseignement (UE) obligatoires, et de trois UE optionnelles, choisir parmi 5. Le Projet Recherche et Innovation Technologique (PRIT) lorsquil est men sur le mme sujet que le stage pratique en laboratoire de recherche constitue une microthse. Cette microthse formalise un travail dtude et de recherche s'tendant sur une anne complte et abordant lensemble des diffrentes phases constituant une action de recherche (veille scientifique et technologique, positionnement dun projet innovant et original dans le contexte scientifique international, organisation et conduite dun projet de recherche, valorisation des rsultats scientifiques, valuations des applications potentielles industrielles ...). Pour les lves ingnieurs, les notes des UE obligatoires : transferts, racteurs, physico-chimie et anglais, sont calcules partir des notes obtenues par ltudiant dans son cursus antrieur. Les enseignements MATLAB et QHSE sont automatiquement valids. Ltudiant doit choisir deux UE optionnelles parmi les cinq ci-dessous. Il devra passer deux preuves thoriques et effectuer le PRIT.


La formation

Trois UE dispenss sous forme de cours magistraux concernent des enseignements fondamentaux en gnie des procds : Phnomnes de transferts , Gnie des racteurs et Physico-chimie des collodes et des interfaces .

Phnomnes de transferts : masse, chaleur, quantit de mouvement (20 heures) B. Caussat, P. Floquet, A. Lin -

Prsentation des quations de conservation et de leur application aux transferts coupls

Approfondissement des notions de convection naturelle, couche limite, turbulence,

Rsolution numrique des quations de conservation Exemples dapplication

Gnie des Racteurs (20 heures)- H. Delmas J.S. Pic

Aspects thoriques et exprimentaux des coulements et transferts dans les racteurs non idaux, agitation et micro-mlange

Etudes exprimentales Modlisation des ractions et racteurs catalytiques, gaz-liquide et liquide-

liquide Physico-Chimie des collodes et des interfaces (20 heures) P. Bacchin, P. Guiraud -

Prsentation des concepts de base de la physico-chimie pour les phnomnes impliqus dans llaboration et le traitement des suspensions collodales

Caractrisation des suspensions collodales (rhologie, diffusion, turbidit, ) Physico-chimie des interfaces relatives aux oprations unitaires du gnie

chimique

Une UE concerne lutilisation dun logiciel, Matlab G. Leroux, L. Pibouleau - trs couramment utilis comme outil de modlisation dans le domaine du gnie des procds. Des sminaires de formation gnrale sont galement proposs sur divers sujets : Qualit, Hygine, Scurit et Environnement (QHSE), formation la planification des expriences, et constitue une UE. Une UE est relative un enseignement spcifique en anglais scientifique. Le projet de recherche et dinnovation technologique constitue un travail dtude qui doit aboutir, dans un domaine de recherche donn, une analyse du contexte scientifique international et au positionnement dun projet de recherche pertinent et innovant. Ce projet repose sur un enseignement spcifique, des techniques de recherche bibliographique et lutilisation de bases de donnes (brevet, publication ...) informatises. Le projet fait lobjet dun rapport et dune soutenance orale.

Phnomnes de transfert

3 ECTS 20 h

Gnie des racteurs

3 ECTS 20 h

Physico-chimie des collodes et des i t f

3 ECTS 20 h

Matlab

Anglais scientifique

3 ECTS 10 h

3 ECTS 15 h

3 ECTS 24 h

Qualit, Hygine, Scurit

Projet Recherche et Innovation Technologique

3 ECTS 15 h


UE optionnelle Bioprocds

OBJECTIFS : Matriser les concepts ncessaires lanalyse et la mise en uvre de ractions biologiques des fins de production (biomasse, mtabolites Iaires et IIaires (biothanol par exemple), de bioconversion ou de biodpollution (en populations microbiennes mixtes notamment). Des cas concrets seront abords illustrant en particuliers les diffrents modes de conduites de racteurs biologiques. Quelques grands domaines dapplication sont considrs :

- Agro-alimentaire, pharmacie, - Biocarburants - Dpollution, valorisation des effluents

ORGANISATION : LUnit dEnseignement de 20 heures au total se rpartira en 4 modules de 5 heures : Module 1 : concepts de base en gnie de la raction biologique Ils concernent :

- les mtabolismes biologiques (Enseignante : P. TAILLANDIER) - les cintiques ractionnelles microbiennes (Enseignant : E. PAUL)

Module 2 : Production de ferments en racteur Fed-batch (Enseignante : P. TAILLANDIER)

- Les Levures sches actives - Contraintes mtaboliques chez Saccharomyces cerevisiae : effets Crabtree - Vue densemble du Procd - Le fermenteur fed-batch : fonctionnement, rgulation, quations caractristiques

Module 3 : Elimination simultane des pollutions carbones et azotes en racteur recyclage cellulaire (Enseignant : E. PAUL)

- Rappel des enjeux de llimination des pollutions C et N - Dtermination des lois cintiques pour chacune des ractions - Analyse en rgime stationnaire du racteur recyclage cellulaire - Analyse en rgime dynamique du racteur recyclage cellulaire

Module 4 : Production de biothanol (Enseignante : P. TAILLANDIER) Les biocarburants : (i) Un choix dans un contexte conomique, politique.(ii) Des justifications cologiques.(iii) Les grandes familles. Le Biothanol :

- Donnes gnrales. - Schma global de la filire.(les matires premires, les mcanismes biologiques,.le procd : prparation de la matire premire; la fermentation; la sparation /distillation.) - Une approche : bilan nergtique , bilan cologique . - Les volutions technologiques attendues :

- de nouvelles sources de sucre ? des procds innovants ?

Bioprocds 3 ECTS 20 h


UE optionnelle Caractrisation Physique

et Physico-chimique 1. Caractrisation des proprits physiques des milieux diviss (C. Frances 8 heures ; M. Hemati 4 heures) 1-1. Caractrisation de la taille et de la distribution de taille Dfinition de la taille, diamtres quivalents Caractrisation de la forme, morphologie Distributions granulomtriques et morphologiques dune population Reprsentation et modlisation des lois de distributions Bilan de population : lois phnomnologiques et applications 1-2. Caractrisation des proprits surfaciques et structurales Caractrisation de la surface spcifique, dfinitions et mthodes Caractrisation de la structure de dpts Proprits rhologiques des milieux complexes 1-3. Caractrisation des proprits dcoulement Porosit ou fraction de vide, masses volumiques, dfinition et mthodes Proprits de compressibilit, coulabilit, coulement des poudres Ecoulement travers des milieux poreux Proprits hydrodynamiques des lits fluidiss, fluidisabilit des poudres 2. Rle des forces interfaciales au sein des milieux diviss et processus dinteraction (M. Hemati 4 heures ; M. Meireles 4 heures) 2-1. Forces de liaisons dans les milieux granulaires Mouillabilit - Cas des solides granulaires Modes de liaison des particules Exemple dApplications : Granulation humide en granulateur mcaniquement agit, enrobage et granulation en lit fluidis 2-2. Interactions et transitions de phase dans les suspensions Application aux processus dagrgation, floculation, glification

Caractrisation Physique et Physico-chimique

3 ECTS 20 h


UE optionnelle Chimie des solutions

et interfaces Prrequis : Les Principes, les fonctions dtat, les relations fondamentales de la thermodynamique. 1. Thermodynamique des Solutions( JC Remigy 8h) 1-1. Mlanges et solutions (IUPAC 1969). Echelles de composition (fraction molaire, molalit, molarit). Conventions, tats standard. Grandeurs molaires partielles, grandeurs molaires apparentes, relation de Gibbs-Duhem. Potentiel chimique, grandeurs de mlanges, grandeurs d'excs. 1-2. Mlanges liquides Activit, coefficient d'activit, mlange idal, potentiel chimique de mlange, potentiel chimique d'excs. Equilibre liquide-vapeur du systme plusieurs constituants. 1-3. Solutions Le solut : coefficient d'activit, solution dilue idale, tats standards, influence de T et P. Le solvant : activit relative et coefficient d'activit, coefficients osmotiques (molaire, rationnel). Solutions relles, solutions idales. Solutions non-ioniques, solutions ioniques (coefficient dactivit ionique moyen). Expression des lois des solutions (Raoult, vant Hoff, Henry, Nernst). Ecarts aux lois des solutions dilues. Application aux quilibres (chimiques, acido-basiques, prcipitation, dissolution...) Autres applications : solutions de polymres, solutions rgulires, solutions lectrolytiques (Debye-Hckel et quations semi-empiriques) 2. Phnomnes de linterface (T. Tzedakis 12h) 2-1. Adsorption, dtermination des surfaces, (modles BET, adsorption BJH et mesopores,...) 2-2. Complments sur les aspects lectrostatiques de linterface (double couche lectrochimique/ thorie Gouy-Chapman/couche solvate,...) 2-3. Ractivit

Ractivit des interfaces charges, aspects cintiques (Bulter-Volmer, Marcus) lectrocatalyse/irreversibilits cintiques. Aspects nature du matriau/surface (nanostructures) et forme dlectrode.

Modification des surfaces - Elaboration des interfaces. Quelques cas spcifiques de formation de micro/nanocouches. -Elaboration des couches polymriques et inclusion de catalyseurs. -Mthodes dimmobilisation de catalyseurs sur une surface -Dpts electroless et electrochimiques, co-dpts, alliages. -Dveloppement de biofilms et consquences 2-4. Relation structure de surface - ractivit (et plus gnralement : Aspects tat de surface - proprits dusage) Catalyse htrogne (solide gaz et solide liquide) ; Types de catalyseurs. 2-5. Applications Catalyse Chimique/enzymatique/lectroenzymatique, Energtique/solaire, synthse, analyse/capteurs, Traitements de surfaces, couches pour llectronique, biocorrosion,...

Chimie des solutions et des interfaces

3 ECTS 20 h


UE optionnelle Hydrodynamique physique

Les milieux diphasiques disperss sont prsents dans de nombreux procds (extraction liquide/liquide, racteurs et contacteurs gaz-liquide ...). La simulation de ces procds ncessite de dcrire de faon locale limpact de lhydrodynamique sur les systmes disperss (rupture coalescence) ainsi que les consquences en terme de transferts. Des outils trs utiliss pour lingnierie de ces procds sont les modles deux fluides. Lobjectif de cette filire est dintroduire ces modles (Partie I) et les phnomnes de rupture et de coalescence (Partie II) pour les appliquer la modlisation de racteurs et de contacteurs gaz-liquide (Partie III).

1. Modles deux fluides (8 h : P. Guiraud et O. Masbernat): 1- Introduction 2- Quelques dfinitions utiles 3- Introduction du modle deux fluides 4- Formulation des quations locales partir du monophasique 5- Expression des termes interfaciaux 6- Passage du modle 2 fluides 3D au modle filaire (1D)

2. Rupture ou coalescence applique aux contacteurs (4 h O. Masbernat) :

1- La rupture ou fragmentation 2- La coalescence 3- Le bilan de population

3. Modlisation avance des racteurs/contacteurs gaz-liquide (8 h A. Lin):

1- Hydrodynamique et mlange

coulement monophasique, lien entre analyse locale (modle de turbulence, coulement en gomtrie complexe) et analyse globale (DTS) (exemple dapplication : bches de chloration)

2- Hydrodynamique et transfert de matire gaz-liquide coulement diphasique bulles monodisperses, analyse des chelles de la phase disperse et des chelles de la phase continue, lien entre chelles de mlange et chelles de transfert de matire, analyses locale et globale du kLa (exemple dapplication : air-lift avec transfert doxygne)

3- Transfert de masse avec raction chimique coulement diphasique bulles monodisperses, analyse des chelles de transfert et des cintiques (exemple dapplication : tour dozonation)

4- Hydrodynamique et transfert en colonnes bulles coulement diphasique bulles polydisperses, analyse des chelles lies aux calottes et des chelles lies aux petites bulles

Hydrodynamique physique

3 ECTS 20 h


UE optionnelle Modlisation des procds

1. Modlisation des procds (X. Joulia, 10 h )

Quest-ce quun modle ? Modles comportementaux, modles de connaissance Estimation de paramtres, de modles partir de donnes exprimentales Utilisation de lenvironnement type Excel pour ltude de cas pratiques

2.Optimisation de procds (C. Azzaro-Pantel, 10 h ) Formulation de problmes doptimisation en gnie des procds Classification des problmes (variables, critres, contraintes ) Exemples dapplication et principes sommaires de quelques mthodes de rsolution

Modlisation des procds

3 ECTS 20 h


Stage en laboratoire

Pour les tudiants du cycle N (hors lves ingnieurs), le stage en laboratoire complte la formation thorique par un apprentissage des techniques de la recherche dans une quipe d'accueil du M2-Recherche (voir ci-dessous) pendant un semestre. Il constitue une premire exprience de la recherche dans un laboratoire. Le stage est valu par un rapport crit et par une soutenance orale. Lorsque le stage est effectu sur un mme sujet dtude que le projet Recherche et Innovation Technologique du premier semestre, lensemble constitue une microthse formalisant les comptences acquises par ltudiant sur les diffrents niveaux (problmatique, contexte scientifique et industriel, conduite de projet, valorisation scientifique) dune action de recherche.

Laboratoires dappui labelliss :

Laboratoire de Gnie Chimique CNRS UMR 5503 (INP, UPS), Toulouse

Laboratoire dIngnierie des Systmes Biologiques et des Procds

UMR INSA CNRS 5504 UMR INSA INRA 792, Toulouse Centre de Recherche dAlbi en gnie des Procds des Solides Diviss, de lEnergie et de lEnvironnement, UMR Albi

Pour les lves ingnieurs, le stage pratique est le stage classique de fin dtudes, dont les modalits sont fixes par ltablissement daccueil de ltudiant. Il peut se drouler en entreprise ou en laboratoire. Il doit avoir un contenu scientifique avr.

Stage en laboratoire

30 ECTS 6 mois


Et aprs :

Le M2 Recherche Gnie des procds et de lenvironnement est soutenu par lED (Ecole Doctorale) MEGEP Mcanique, Energtique, Gnie Civil, Procds , ED 468. Lcole doctorale organise la formation des docteurs et prpare leur insertion professionnelle:

en grant lattribution des allocations de thse ministrielles, en veillant au bon respect de la charte des thses (cest dire en sassurant le doctorant effectue sa thse dans des conditions optimales), en apportant une culture multidisciplinaire dans le cadre dun projet scientifique cohrent (en proposant notamment des modules de formation complmentaire - gestion de projets...-), en aidant le doctorant prparer son projet professionnel, en facilitant linsertion professionnelle des doctorants.

Une rubrique sur le site de lED http://www.ed-megep.fr/

est consacre au devenir des docteurs.

Pour en savoir plus sur le M2 Recherche, retrouver les liens utiles et des informations complmentaires : http://www.ppc.ups-tlse.fr/m2rech/

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