Avril 2006 Innovations pédagogiques 1 Intégration des connaissances en génie chimique à lUdeS:...

Avril 2006 Innovations pédagogiques

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Intégration des connaissances en génie chimique à l’UdeS: L’arrimage des intégrations 2 et 3

Nicolas Abatzoglou, ing.Prof. génie chimique

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19 Avril 2006 Innovations pédagogiques

Plan de cet exposé

Nouveau paradigme éducationnel en génieLes objectifs de ce projet d’innovationLes projets d’intégration en génie chimique– Niveau 1: description– Niveau 2

• Contenu• Description• Exemple• Connaissances intégrée• Opérationalisation• Ressources

– Niveau 3Première application et constatations

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Nouveau paradigme éducationnel

Les réformes de programme d’éducation en génie sont basées sur:– l’intégration des connaissances;– le développement chez les étudiants d’une

vision globale de la réalité professionnelle;– Le développement des aptitudes à travers

la participation des étudiants à des projets près de la réalité de la vie professionnelle

Le programme de génie chimique à l’Université de Sherbrooke

comprend trois niveaux d’intégration

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Les objectifs de ce projetd’innovation pédagogique

Instaurer une méthode de réalisation efficiente et efficace du projet d’intégration S4.

Préparer les étudiants pour l’intégration finale dans les cours de Design en S7 et S8.

Consolider l’arrimage entre S4 et S7/S8 dans le nouveau programme de génie chimique.

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Le programme coop en génie chimique

1re année 2e année 3e année 4e année 5e

AUT HIV ÉTÉ AUT HIV ÉTÉ AUT HIV ÉTÉ AUT HIV ÉTÉ AUT

S-1 S-2 T-1 S-3 T-2 S-4 T-3 S-5 S-6 T-4 S-7 T-5 S-8

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Niveau 1: Le contenu

Les étudiants des sessions (S1+S2) “découvrent” un thème professionnel accompagnée de: – dévoirs de définition– quelquefois, un projet à l’échelle laboratoire

simulant un module de production industrielle

– résolution d’un problème, le plus près possible de la réalité du marché

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Niveau 2 : Le contenu

Les étudiants en sessions S4, en possession de connaisances suffisantes de système réactionnels et d’opérations unitaires– Étudient un module de production et – Définissent les détails de son protocole

d’opérationL’intégration S4 vise l’amélioration de l’efficacité de l’effort éducationnel global “en preparant les étudiants en preparant les étudiants pour leur projet d’intégration final pour leur projet d’intégration final (niveau 3)(niveau 3)””

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Niveau 2 : Description

Chaque année les professeurs choisissent une unité industrielle et ils l’analysent avec leurs étudiants en classeDe cette unité industrielle, 6-8 modules sont choisis à être étudiés de façon détaillée: réacteurs et procédés unitaires Chaque module représente un devoir indépendant étendu à être travaillé par un groupe composé au max de 4 étudiantsLes livrables incluent le choix de la technologie la plus appropriée, des calculs de conception (design), le choix des matériaux de construction, les fiches de spécifications et une évaluation des coûts.

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Niveau 2: Un exemple

Le recyclage chimique du PET par glycolyse– Le diagramme bloc– Le diagramme d’écoulement préliminaire– La définition des modules opérationnels– Les dévoirs de l’intégration de niveau 2

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Diagramme Bloc du procédé

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Une partie du diagramme d’écoulement préliminaire

En contours rouge les

modules à étudier au niveau 2

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Quelle connaissance est intégrée?

Cinq (5) cours impliqués Le cours des systèmes réactionnels est central– Le design des réacteurs est un champ approprié pour

l’intégration des connaissances

Les autres cours– Phénomènes d’échanges II– Opérations unitaires I– Matériaux en génie chimique– Planification statistique des essais

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Un module-Un devoir-Une opportunité d’intégration

Matériaux

Systèmesréactionnels

Opérationsunitaires I

Phénomènesd'échange II

Analyse statistique

Étude cinétique et bilans molaires et d'énergie du

réacteur de dépolymérisation

Base d'exécution

Principale sourced'informations

Source d'informationssecondaires

Collaboration ad hoc

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Opérationalisation…

Chaque cours réserve un % pour l’effort integration

Ce % représente 2 devoirs majeurs (20%)

6-8 devoirs sont montés et distribués aux cours intégrés selon leur contenu

L’intégration vaut 1 crédit additionnel

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Ressources au niveau 2

Le projet se trouve à sa 4e année

Sa forme actuelle est le résultat de l’effort dans le cadre de cette innovation pédagogique– Cette approche fut facilitée par la création d’une

plateforme détaillant les étapes du design des équipements ainsi qu’une liste détaillée des technologies existantes pour chaque module opérationnel

– Une banque de données fut créée contenant de l’information sur les méthodes de design par catégorie et les sources d’information

Recherche d’information

Existante

Basée sur des hypothèses

Pas absolue!

Définir les critères cruciauxdu design de l’équipement

Définir les données nécessaires pour les propriétés

des courants impliqués

Trouver toutes les alternatives technologiques satisfaisant ces

critères

Décision(s)

Contrôleà l’aide des

critères

Établir la profondeur du design d’équipement

Étapes du Design d’un équipement(A)

B

Contrôleà l’aide des

critères

Trouver les méthodes de design du type d’équipement choisi

(toutes les alternatives)

Livres de Design, Handbooks

Articles

Autres sources, dont le résultat de ce projet d’innovation

Contrôlede la méthode

choisie

Étude détaillée de la méthode de design

Liste de toutes les hypothèses et limitations

Application de la méthode de design choisie

Évaluation des résultats

Contrôled’acceptabilité

Résultat final

A

(B)

Exemple de categorisation des modules

En discontinu En continue

Systèmes réactionnels

Batch

Semi-batch

Une phase

Multi-phasiques

À agitation complète(CSTR)

À écoulement piston(PFR)

À lit fixe (PBR)

À lit fluide

À lit mobile

À transport pneumatique


Transport de fluidesTransport et manutention de solides et solides divisés

Transport

Tuyauterie et vannes

Pompes

Compresseurs

Systèmes de vide

Convoyeurs

Trémies

Écoulement

Mélange/Ségrégation

Mélange et agitation Classification

Réduction de tailles

Granulation


Séparation Solide-Liquide Séparation Gaz-Solide

Séparation Solide-Fluide

Filtration

Centrifugation

Décantation/Sédimentation

Floculation

Filtration

Cyclones

Lavage/Scrubbing

Précipitateurs électrostatiques

Séchage Classification

Réduction de tailles

Granulation

Cristallisation

Exemple des modules

SéparationSolide-Liquide

Filtration Floculation

Types de filtre

Choix du type

Sites Web

Fournisseurs

Monographies

Sites Web

Fournisseurs

Monographies

Dimensionnementet calcul du coût

Collègues

Fiche de spécificationBanque de données

Cours du bac degénie chimique

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Niveau 3 : Conception (Design)

Les étudiants des sessions S7/S8 participent, dans le cadre de leur cours de Design des procédés chimiques, à un projet :– situé dans une thématique définie a priori;– qui dure approximativement 12 mois;– où des groupes similaires à ceux trouvés dans

l’industrie se forment;– chaque groupe

• étudie un produit choisi et sa production industrielle dans le contexte de la thématique;

• évalue la faisabilité du projet industriel;• propose une usine de production;• procède à l’ingéniérie préliminaire;

Étapes de Design

(A)Produit visé

Collecte d’infos technologiques

Chimie du procédé

Diagramme bloc préliminaire

Procédés physiques

Étude préliminairedu marché

Évaluation économique préliminaire

Potentieléconomique

Banque de données

Choix de technologie

Diagramme bloc réviséOui

Non

B

Étapes de Design

(B)

A

Potentieléconomique

Diagramme bloc révisé

Analyse des modules opérationnels incluant les normes

environnementales et de santé & sécurité (voir Annexe 2)

Diagramme blocdétaillé

Choix technologique pour les modules opérationnels: équipements majeurs

(voir Annexe 3)

Diagramme d’écoulement préliminaire

Définition des équipements mineurs et de l’instrumentation

Diagramme d’écoulement

(P&ID)

Évaluation détaillée du procédé

Respect des Spécifications?

Ingénierie préliminaire complétée

Oui

Oui

Douteux

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Étude du marchéÉtude du marché

Définition du projetDéfinition du projet

Analyse économique etDe financement

Analyse économique etDe financement

Analyse HAZOP(Santé et sécurité)

Analyse HAZOP(Santé et sécurité) Dimensionnement et

Estimation des coûts

Dimensionnement etEstimation des coûts

Simulation du procédé

Simulation du procédé

Analyse de sensibilité

Analyse de sensibilité

Analyse d’impactenvironnemental

Analyse d’impactenvironnemental

Niveau 2

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2004; Thème: gestion des déchets solides

- Usine de recyclage de papier;- Usine de valorisation énergétique de déchets urbains;- Tri, recyclage et gazéification de déchets plastiques;- Recyclage chimique du PET.

Exemples de projets complétés

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2005; Thème: Pétrole

- Raffinerie intégrée de petrole brut conventionnel;

- Raffinerie d’huiles lourdes

- Usine petrochimique de production de polymères

Exemples de projets complétés

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Ce que nous avons appris de…

Grande opportunité de stimulation de la créativitéDifficile à battre par n’importe quelle autre forme d’enseignement classiqueUn moyen par excellence pour promouvoir l’éveil concernant les filières d’ordre socio-économique (i.e. Protocole de Kyoto) et le rôle de l’ingénieur chimique à aider la société dans ces domaineApprentissage de l’effort d’équipe et de l’importance de la COMMUNICATION; orale, écrite; formelle et informelleEffort très demandant pour les professeurs impliqués; spécialement vrai s’ils visent chaque année l’objectif d’éviter le terrain battuPour capturer l’intérêt et provoquer l’enthousiasme des étudiants il faut choisir des projets d’intérêt accru mais également réalistes dans le temps alloué et les ressources limitées

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Remerciements

Mes collègues: Maher Boulos, Michèle Heitz, François Gitzhofer, Jergy Jurewicz

M. Benoît Côté et Mme Catherine Baril

Mme Sharareh Jazayeri-Shoushtari

La Faculté de génie

Le Service de soutien à la formation

L’Université de Sherbrooke

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John C. Polanyi

“If we treasure our own experience and regard it as real, we must also treasure other people's experience.”

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