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1 PREFACE L’année 2013, l’Université de Lubumbashi a opté pour la reforme de so

1 PREFACE L’année 2013, l’Université de Lubumbashi a opté pour la reforme de son programme en s’arrimant au processus de Bologne avec le système LMD (Licence, Master et Doctorat). Une commission formée des quatre doyens et Directeur d’Ecole et Facultés des sciences et ingénieurs et d’une dizaine de professeurs de ces Facultés et Ecoles ont mis au point après des enquêtes dans les sociétés le nouveau programme LMD. Le cours de Précédés industriels et environnement est un nouveau cours qui a été mis au programme de formation des masters ingénieurs civils et industriels. Il porte le non d’environnement II (procédés industriels et aspects écologiques ) à l’Ecole Supérieure des ingénieurs Industriels. Ce cours remplace dans l’ancien programme le cours de chimie industrielle qui était dispensé dans les filières des sciences des matériaux et génie minéral (mine et métallurgie). Dans ce dernier cours étaient enseignés la production des grands produits chimiques et métallurgiques. Dans nouveau cours de 75 heures au total dont 30 heures de cours théoriques, 20 heures des travaux pratiques (Exercices et visites usines) et 25 heures de Travail personnel encadré (TPE), nous retrouvons les mêmes enseignements mais un accent est mis sur les impacts environnementaux puisqu’aujourd’hui la protection de l’environnement est devenu une préoccupation majeure de tout le monde. Le titulaire du cours à la Faculté Polytechnique et l’Ecole d’Ingénieurs est enseigné par l’auteur de l’ouvrage le professeur Willy KITOBO secondé par le Chef de travaux KAWEME LUNDE. Pour son apprentissage, il a besoin de la maitrise des pré requis suivant : - Chimie 1 et 2 de premiers Bacheliers ; - Environnement et développement durable. Les objectifs à atteindre sont : - l’apprentissage aux étudiants candidats ingénieurs les grands procédés industriels développés par l’homme pour la fabrication des produits utiles à sa vie. Nous citons ici la production des acides, les bases, les ciments, les matières silicatées (céramiques et verres). Une partie de la production des matériaux métalliques (matière du cours de métallurgie de BAC 2) est donnée en insistant sur les impacts environnementaux ; il s’agit de la production de l’acier et du traitement des minerais au Katanga (RDC). - l’apprentissage des aspects écologiques liés à ces techniques de production industrielle. 2 La finalité est que tout étudiant en science de l’ingénieur comprenne comment se déroule les grands procédés industriels et qui arrive à les principes de production ainsi que les impacts possibles sur l’environnement. Ce cours l’ouvre à l’esprit des choix des technologies propres prônées dans les politiques du développement durable. Il sert également à des cours tels que les sciences de matériaux et les cours spécifiques ou approfondis de chimie industrielle, métallurgie, environnement, génie minéral. Les matières d’études sont les suivantes : - généralités sur la production industrielle et les impacts environnementaux ; - le traitement des eaux ; - les grands procédés industriels et leurs impacts environnementaux  la production des acides et des bases,  la production de la chaux,  la production des ciments et des matières silicatées (céramiques et verres),  la production des aciers,  l’exploitation et le traitement des minerais,  les notions de carbochimie et pétrochimie,  la fabrication de la pâte à papier. Dans cette première version de syllabus de procédés industriels et environnement, les notions de carbochimie et pétrochimie ne sont pas repris mais ces notions seront complétées au cours dans l’auditoire devant les étudiants Dans le cadre des travaux pratiques, des exercices sur le bilan matière seront donnés suivis des visites d’usines qui sont organisées. Les étudiants qui ont besoin de lire des notes complémentaires pourront lire les ouvrages ayant les références bibliographiques ci après : - Ashby, M.,F., Jones, D.R.H. 1991. Matériaux, Microstructure et mise en œuvre, Dunod, Paris, ISBN 2-106003652-1, 385p. - Cornet, A., Hlawka, F. 2010. Science des Matériaux : Propriétés et Comportements des matériaux, Ellipses, Ed. Marketing S.A., Paris, ISBN 978- 2-7298-6118-6, 318p. 3 - Perrin, R., Scharff, J.P. 2002. Chimie Industrielle, Dunod, Paris, ISBN 2-10- 006747-8, 1136p. 4 TABLE DES MATIERES TABLE DES MATIERES ....................................................................................................... 4 CHAPITRE I - GENERALITES SUR LA PRODUCTION INDUSTRIELLE ET ENVIRONNEMENT ............................................................................................................... 6 I.1. Production industrielle .................................................................................................. 6 I.2. Les installations industrielles ........................................................................................ 7 I.3. Industrie chimique ........................................................................................................ 9 I.4. Matières premières et énergie .....................................................................................10 I.5. Activités industrielles et environnement ......................................................................11 Chapitre II. Traitement des eaux et impacts écologiques ......................................................13 II.1. La pollution des eaux .................................................................................................15 II.2. Nature et importance de la pollution des eaux ...........................................................16 II.3. L'écosystème rivière. Interférences des polluants dans son fonctionnement ..............18 II.4. Evaluation de la qualité des eaux ...............................................................................20 II.4.1. Analyse chimique des eaux .................................................................................20 II.4.2. Analyse biologique des eaux ...............................................................................22 II.4.3. Les indices biotiques ...........................................................................................22 II.5. Effets de la pollution organique; rôle des nutriments inorganiques .............................23 II.6. Effets de la pollution thermique des eaux ...................................................................28 II.7. Perturbations globales résultant des pollutions ..........................................................29 II.8. Traitement des eaux ..................................................................................................30 II.8.1. Traitement des eaux alimentées à l’industrie .......................................................30 II.8.2. Epuration des eaux usées ...................................................................................31 Chapitre 3. Préparation industrielle des acides et des bases ................................................33 III.1. Préparation de H2SO4 ...............................................................................................33 III.1.1. Matière première ................................................................................................33 III.1.2. Préparation de H2SO4 .........................................................................................33 III.1.3. La conversion du SO2 en SO3 .............................................................................34 III.1.3. Absorption du SO3 .............................................................................................35 III.1.3. Problèmes écologiques ......................................................................................35 II.2.5. Utilisations ...........................................................................................................35 III.2. Préparation de l’Acide nitrique ..................................................................................36 III.2.1. Principe ..............................................................................................................36 III.2.2. Description sommaire du procédé bipression .....................................................36 III.2.3. Procédé d’obtention d’acide nitrique concentré..................................................38 III.2.4. Impact environnementaux et traitement des effluents .........................................38 III.2.5. Utilisations ..........................................................................................................39 III.3. Préparation du chlorure d’hydrogène et de l’acide chlorhydrique ..............................39 III.3.1. HCl coproduit ......................................................................................................39 III.3.2. HCl produit de réaction .......................................................................................40 5 III.3.3. Utilisations ..........................................................................................................41 III.4. Préparation de la Soude ...........................................................................................41 Chapitre 4. Production de la chaux .......................................................................................43 4.1. Introduction ................................................................................................................43 4.2. Description .................................................................................................................43 4.2.1. Procédé(s) ...........................................................................................................43 4.2.2. Techniques usuelles d’abattement ......................................................................48 4.2.3. Emissions atmosphériques ..................................................................................48 Lexique .........................................................................................................................49 Chapitre 5. Production de ciment .........................................................................................51 5.1. Introduction ................................................................................................................51 5.2.Description ..................................................................................................................51 5.3. Points d’émission collectées et diffuses .....................................................................59 Lexique .........................................................................................................................60 Chapitre 6. Production d’acier ..............................................................................................61 6.1. Introduction ................................................................................................................61 6.2. Description .................................................................................................................61 Chapitre 7. Production de pâte à papier ...............................................................................75 7.1. Introduction ................................................................................................................75 7.2. Description .................................................................................................................75 7.3. Points d’émissions collectées et diffuses....................................................................85 Chapitre 8. Extraction des minerais et élaboration des métaux ...........................................86 8.1. Gisements et exploitations des minerais du Katanga .................................................86 8.3. Activités minières et environnement ...........................................................................90 8.4. Concentration des minerais et environnement ............................................................91 8.5. Pyrométallurgique et environnement ..........................................................................92 8.6. Hydrométallurgie et environnement ............................................................................93 8.7. Techniques actuelles - environnement .......................................................................94 8.9. Drainage minier acide ................................................................................................96 Chapitre 9. Les matériaux silicatés .......................................................................................86 6 CHAPITRE I - GENERALITES SUR LA PRODUCTION INDUSTRIELLE ET ENVIRONNEMENT I.1. Production industrielle On entend par production industrielle (à l’opposé de la production artisanale), la transformation d’une quantité importante des biens naturels ou des rejets en biens de consommation ou d’utilisation (= matière première), à l’aide des connaissances scientifiques cohérentes et des moyens techniques appropriés. La finalité de cette production étant la commercialisation des produits obtenus (fini ou semi-finis). L’activité industrielle vise donc un profit en vendant des substances utiles aux besoins de l’homme. La production artisanale, elle concerne la transformation de la matière première en des produits de valeur pour l’homme mais cette production est de petits tonnages. Exemples de production industrielle : - un minerai subit une concentration en métal utile puis une lixiviation, purification de la solution ou extraction par solvant et enfin l’électrolyse pour obtenir un métal ; le procédé comprend plusieurs procédés de transformation pour aboutir à un produit de valeur le métal ; - le bois est de fois transformé en pâte de papier puis formulé avec beaucoup d’additifs pour obtenir le papier ; - l’alcool est un produit obtenu à partir de maïs qui subit une première fois l’hydrolyse et en deuxième lieu une fermentation alcoolique ; Il faut distinguer les transformations chimiques des transformation physiques : - aux cours des transformations chimiques, les matières de départ change intimement leur nature ; Citons l’exemple de l’huile de palme en addition avec la soude caustique qui se transforme en savon et de la glycérine ; le bois lors de la combustion qui brûle avec l’oxygène de l’air pour former le CO2 et l’H2O. - aux cours des transformation physiques, quelques propriétés physiques des matières de départ deviennent différentes de celles des produits d’arrivée. Ces propriétés sont par exemple la forme, la couleur, l’état physique tel que solide, liquide ou gaz, etc. - Dans ce cours, il sera plus donné les procédés mettant en œuvre des transformations chimiques. Les procédés industriels seront caractérisés de procédés découlant du domaine de la chimie industrielle et certains exceptionnellement seront désignés de la métallurgie chimique (extraction et élaboration des métaux, les traitements de surface des métaux comme carburation, <). 7 I.2. Les installations industrielles Les installations industrielles sont, dans la plupart des cas, constituées d’unités élémentaires de production dont l’association a pour rôle la fabrication de biens de nature diverse, obéissant à des spécifications précises. Cette production de biens doit être réalisée dans des conditions optimales de sécurité, de qualité, de productivité et de rentabilité. Ces unités sont généralement gérées de manière autonome, mais leur mode de fonctionnement dépend de leur degré d’interconnexion. Citons quelques exemples : - Une centrale électrique uploads/Industriel/ cours-de-procedes-industriels-et-environnement-bac-2-version-pdf.pdf